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Introducción
En los años 2021 y 2022, México produjo 27 503 477.82 y 26 553 239.30 t de grano de maíz, en los años respectivos (SIAP 2022). Tal producción de grano se consume a un ritmo mayor del producido, dependiendo cada vez más de las importaciones (López-Perea 2019), que representan aproximadamente el 40% del maíz que se produce (CEDRSSA 2019). El suministro de nutrimentos que requiere el cultivo de maíz se lleva a cabo principalmente a base de fertilizantes químicos, sin embargo, el precio de éstos se incrementó entre el año 2021 y 2022 hasta 187% por lo cual es necesario explorar otras alternativas más ecológicas y sostenibles, en este contexto, los biofertilizantes son microorganismos que aportan o facilitan la absorción de nutrimentos del suelo por parte de las plantas, también estimulan el crecimiento de éstas (Nosheen et al. 2021). Entre los microorganismos que se utilizan como biofertilizantes son las bacterias Azospirillum brasilense (Martínez-Reyes et al. 2018) y Bacillus subtillis (Rodríguez-Hernández et al. 2020), y el hongo Serendipita sp. (Genre et al. 2020, Pourraeisi et al. 2022). Zimmer-Barbosa et al. (2022) inocularon A. brasilense en diferentes cultivares de maíz y diversas condiciones edafoclimáticas en Brasil, en el 21% de los casos reportan rendimiento de grano de hasta 3 000 kg ha-1 y en el 1.5% de los casos el rendimiento fue de hasta 12 000 kg ha-1; la inoculación más efectiva fue a la semilla; la explicación de estos resultados lo atribuyen a la fijación de N y al incremento de crecimiento de las raíces, y por ende a la mayor absorción de agua y nutrimentos minerales.
Se ha reportado un incremento en el crecimiento de las plantas y del contenido de N por efecto de Azospirillum (Nguyen et al. 2019). También Gómez-Godínez et al. (2019) reportan este efecto cuando Azospirillum brasilense se co-inoculó con Rhizobium phaseoli y Sinorhizobium americanum; mientras que Morales-García et al. (2019) reportan efecto con Azospirillum, Pseudomonas, Bacillus y Rhizobium. También se reporta que Azospirrillum tuvo el mayor rendimiento con disminución de costos de producción al reducir el empleo de fertilizantes inorgánicos, lo cual repercute un incremento neto del ingreso del 30% (Fernandes-Domingues et al. 2020). Una de las principales cualidades que tiene el género Bacillus es inhibir el crecimiento de microorganismos fitopatógenos: Fusarium, Colletotrichum, Pythium, Magnaporthe y Phytophthora (Villareal-Delgado et al. 2018) y Botrytis cinerea (Bolivar-Anillo et al. 2021), también hay evidencias de que promueve el crecimiento de las plantas (Bolivar-Anillo et al. 2021). El mayor crecimiento de las plantas por efecto de la inoculación con B. subtilis se debe a la solubilización y absorción de fosfato (García et al. 2015), la fijación de N (Rodríguez-Hernández et al. 2020) y, la solubilización de K (Bolivar-Anillo et al. 2021).
El hongo endófito Serendipita indica (conocido también como Piriformosporas indica), de la familia Sebacinaceae, genera beneficios similares que los hongos micorrícicos arbusculares (HMA) pero su espectro de especies vegetales con los que se hospeda es más amplio y su especificidad de huésped es menor que la de los HMA; coloniza las raíces de plantas Brassicaceae las cuales no se asocian con los HMA (Sarkar et al. 2021, Saleem et al. 2022); solubiliza fosfato e induce el crecimiento de las planta (Nosheen et al. 2021, Tyagi et al. 2023); mejora la resistencia de las plantas al estrés hídrico y salino (Boorboori y Zhang 2022); induce resistencia de las plantas contra hongos fitopatógenos, como Fusarium oxysporum (Cheng et al. 2020); tiene la capacidad de asociarse con gran cantidad de especies vegetales, promueve el crecimiento y la producción de una alta diversidad de plantas entre ellas maíz (Genre et al. 2020). S. indica es de gran apoyo para el suministro de nutrimentos para las plantas (Saleem et al. 2022). Debido a lo anterior, el objetivo del presente trabajo fue determinar el efecto individual y la interacción entre Azospirillum brasilense, Bacillus subtilis y Serendipita indica en la producción de maíz.
Materiales y métodos
Ubicación del experimento
El experimento se realizó en condiciones de invernadero con control pasivo del clima, en Cieneguillas, Zacatecas, México, en las coordenadas 22° 43' 28" LN, 102° 41' 10" LO y a 2 234 m de altitud. En un suelo con textura franca, 2.75% de materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico de 18 cmolc kg-1, pH = 7.59, conductividad eléctrica de 1.03 dS m-1, alto contenido de K, contenido medio a alto de P, contenido medio de Ca, Mg y Cu, medio-bajo de Mn, y contenido bajo de N, S, Fe, Zn y B.
Tratamientos y diseño experimental
Se aplicaron ocho tratamientos: (1) Testigo; (2) la co-inoculación de los tres microorganismos: Azospirillum brasilense (Ab), Bacillus subtilis (Bs) y Serendipita indica (Si); (3) Si; (4) Ab; (5) Bs; (6) Si+Ab; (7) Si+Bs y (8) Ab+Bs. El diseño experimental fue bloques completos al azar; con cuatro repeticiones. Cada unidad experimental consistió de un surco con doble hilera de plantas y una longitud de 2 m, en ambas hileras se desarrollaron 20 plantas.
Aplicación de microorganismos
Las cepas de A. brasilense y B. subtilis son aislados pertenecientes a una empresa, la cepa de Serendipita indica proviene de una colección pública cuyo aislado original fue de la India. La concentración de cada microorganismo fue de 1x108, UFC ml-1 de A. brasilense; 1x107 UFC ml-1 de B. subtilis; y 10 000 esporas ml-1 de S. indica. La concentración de cada microorganismo se diluyó 1:33 y de esta dilución se aplicaron 12 ml por tratamiento. La aplicación se realizó mediante aspersión. Después de colocar la semilla y asperjar la suspensión se cubrió con una capa de aproximadamente 5 cm de suelo.
Siembra
Se realizó el 7 de mayo de 2022, de manera manual colocando la semilla directamente en el fondo del surco, el material genético fue el maíz híbrido amarillo DEKALB® “DK4020y”, a una distancia entre semillas de 0.20 m, en camas a doble hilera a 0.50 m entre hileras y al centro entre las hileras una cinta de riego, con goteros cada 0.20 m, con flujo de 960 ml gotero-1 h-1. Las camas midieron 25 m de largo, 0.80 m de ancho, 0.50 cm entre hileras, la distancia de centro de cama a centro de cama fue de 1.30 m. Con esta distribución se obtuvo una densidad equivalente a 76 900 plantas ha-1.
Riegos y fertilización
Se utilizó un sistema de fertirriego. Hasta la etapa V6 se aplicó sólo agua. Desde la etapa V7 hasta R6 se aplicaron fertilizantes solubles. De la etapa de madurez a senescencia, gradualmente se redujo la magnitud de los riegos, exclusivamente con agua. Los riegos fueron aplicados con base en la humedad del suelo que indicaron los sensores de la marca Watermark®, colocados a profundidades de 15, 30 y 45 cm. Los riegos se aplicaron cuando la humedad entre las profundidades de 15 y 30 cm fue menor a -30 kPa, para mantener la humedad entre -15 y -30 kPa. La humedad a 45 cm de profundad fue menor a -40 kPa. El volumen de agua aplicado del 5 de mayo al 28 de octubre fue de 76 800 L. La dosis de fertilización que se aplicó fue: 180-76-120-80-35-40, de N-P2O5-K2O-CaO-MgO-S, respectivamente; también se aplicaron 1.2 kg por parcela experimental de la mezcla de Fe, Mn, Zn, B, Cu y Mo con concentración de 7.5, 3.5, 0.7, 0.65, 0.28 y 0.26%, respectivamente, durante el ciclo del cultivo; el riego y fertilización fue uniforme para todos los tratamientos, incluso al testigo.
Variables de estudio y análisis estadístico
Las variables fueron: días a floración masculina y femenina, número de nudos, diámetro de tallo en R6 en la parte media del primer entrenudo con vernier digital, altura de planta en la etapa R6, diámetro de la mazorca en la parte media, longitud de la mazorca, hileras por mazorca, granos por hilera, granos por mazorca, altura a la mazorca o distancia entre la base de la planta a la base de la mazorca, peso de mazorca, peso de 200 granos, peso de rastrojo, peso de grano ajustado a 14% de humedad y peso de biomasa total. La información de los parámetros medidos, generados con el diseño experimental bloques al azar se sometió a un análisis de varianza y prueba de medias Tukey (p ≤ 0.05).
Resultados y discusión
Floración y crecimiento de plantas
La floración femenina inició a los 75 días después de la siembra y la floración masculina entre dos y tres días después. No se presentaron diferencias estadísticas en los inicios de ambos tipos de floraciones por efecto de los tratamientos ensayados. A los 78 días después de la siembra se presentó la sincronización de ambos tipos de floración.
El número de nudos en la planta disminuyó con el tratamiento donde se inoculó B. subtillis y con las co-inoculaciones de dos microorganismos, la disminución fue 5.6 a 9.0%. El diámetro del tallo fue mayor en 7.2% con la inoculación de A. brasilense respecto al tratamiento testigo, este mismo comportamiento lo presentó la altura de las plantas, el incremento respecto al tratamiento testigo fue de 8.5%; la altura de planta también fue estadísticamente diferente con los tratamientos inoculados con B. subtilis y con S. indica y con la co-inoculación con A. brasillense + B. subtillis, pero el mayor incremento de la altura de planta fue de 11.8% con el tratamiento donde se combinaron S. indica y A. brasilense. (Tabla 1).
Tabla 1 Número de nudos (NN), diámetro de tallo (DT), altura de planta (AP), diámetro de la mazorca (DM) y longitud de mazorca (LM) de maíz en la etapa R6, por efecto de la aplicación en la siembra de los microoganismos Azospirillum brasilense (Ab), Bacillus subtilis (Bs), Serendipita indica (Si) y las combinaciones entre ellos.
| Tratamiento | NN | DT (mm) | AP (m) | DM (mm) | LM (cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Testigo | 16.69a | 26.21b | 4.34d | 51.33c | 17.75ab |
| Si+Bs+Ab | 16.69a | 27.01ab | 4.39cd | 53.30abc | 17.79ab |
| Si | 16.69a | 26.63ab | 4.63ab | 53.13bc | 17.71ab |
| Ab | 16.63a | 28.09a | 4.71ab | 53.99ab | 17.83ab |
| Bs | 15.56b | 25.46b | 4.58bc | 53.07bc | 17.08b |
| Si+Ab | 15.81b | 26.99ab | 4.85a | 55.43a | 18.13ab |
| Si+Bs | 15.31b | 26.13b | 4.53bcd | 53.73ab | 18.17ab |
| Ab+Bs | 15.56b | 26.53ab | 4.60bc | 53.88ab | 18.46a |
| DMS 0.05 | 0.567 | 1.758 | 0.221 | 2.237 | 1.310 |
Cifras seguidas con la misma letra en cada columna son iguales (p < 0.05).
Tamaño de la mazorca
El diámetro de la mazorca fue hasta 4.1 mm mayor respecto al testigo. La longitud de la mazorca fue menor con la inoculación de B. subtilis, pero sólo fue diferente respecto a la co-inoculación con A. brasilense + B. subtilis (Tabla 1). El número granos por hilera, el número de hileras por mazorca, el número de granos por mazorca, el peso de la mazorca y la altura a la mazorca, no fueron diferentes por efecto de los tratamientos.
Producción
El peso de 200 granos fue 13.16 y 14.28 g mayor con el tratamiento donde se inoculó con A. brasilense y con la co-inoculación de S. indica + A. brasilense, en ambos casos respecto al tratamiento testigo. Las plantas de maíz provenientes de semillas sin inocular resultaron ser las que presentaron menor peso de rastrojo y de grano, y por consecuente la menor biomasa total, estos resultados son estadísticamente diferentes a los obtenidos con la co-inoculación de S. indica + A. brasilense, con la cual el peso de biomasa total (rastrojo + grano) y de rastrojo fueron 39.7 y 48.5% mayores, respectivamente, que el tratamiento testigo; el peso de grano fue estadísticamente mayor con la co-inoculación de A. brasilense + B. subtilis, el incremento del peso de grano respecto a la no inoculación (testigo) fue de 40.1%. En todos los tratamientos donde se inoculó con A. brasilense, ya sea sola o combinada con alguno de los otros dos microorganismos, el peso de grano fue mayor que con el tratamiento testigo (Tabla 2).
Tabla 2 Peso de: 200 granos, del total de las plantas (rastrojo + grano), del rastrojo, y del grano, por efecto de la aplicación en la siembra de los microoganismos Azospirillum brasilense (Ab), Bacillus subtilis (Bs), Serendipita indica (Si) y las combinaciones entre ellos.
| Tratamiento | Peso 200 granos (g) | Peso total (kg parcela-1) | Peso de rastrojo (kg parcela-1) | Peso de grano (kg parcela-1) |
|---|---|---|---|---|
| Testigo | 72.39b | 7.640c | 4.234b | 3.406c |
| Si+Bs+Ab | 79.75ab | 8.981abc | 4.764b | 4.216ab |
| Si | 75.59b | 8.364bc | 4.689b | 3.675bc |
| Ab | 85.55a | 9.575ab | 5.396ab | 4.180ab |
| Bs | 78.90ab | 8.618bc | 4.570b | 4.047abc |
| Si+Ab | 86.67a | 10.670a | 6.289a | 4.381ab |
| Si+Bs | 79.09ab | 9.089abc | 4.981ab | 4.108abc |
| Ab+Bs | 85.42a | 10.070ab | 5.296ab | 4.771a |
| DMS 0.05 | 7.793 | 1.9230 | 1.4979 | 0.7417 |
Cifras seguidas con la misma letra en cada columna son iguales (p < 0.05).
La inoculación específica de un sólo microorganismo presentó efecto significativo sólo con A. brasilense en el rendimiento de biomasa y de grano, el incremento respecto al tratamiento testigo fue de 25.3% en la biomasa total y de 22.7% en el rendimiento de grano; lo cual concuerda con el incremento del rendimiento de maíz reportado por Swędrzyńska y Sawicka (2000), con la inoculación de esta rizobacteria el incremento del rendimiento medio fue de 17%; Hungria et al. (2010) encontraron un incremento en la producción de biomasa del 30% con A. brasilense y A. lipoferum; también Martínez-Reyes et al. (2018) reportaron un incremento de 27.98% del rendimiento de grano con la inoculación de A. Brasilense. Tilhaqui-Bertasello et al. (2021) evaluaron 48 genotipos de maíz, los cuales fueron tratados con 140 kg ha-1 de N, versus esos mismos genotipos inoculados al suelo con A. brasilense, encontraron que en ocho de los genotipos el rendimiento de grano fue mayor con la inoculación de la rizobateria que con la fertilización con urea, en los otros 40 genotipos no hubo diferencias en el rendimiento, es decir, en ningún caso la fertilización química superó a la biológica.
El mayor crecimiento de las plantas y de la producción de rastrojo y de grano con los tratamientos donde se inoculó con A. brasilense, ya sea sola o combinada con B. subtillis y/o con S. indica, se puede atribuir al efecto que tiene A. brasilense en la estimulación del crecimiento de las raíces mediante la síntesis y liberación de ácido-indol-acético (Hungria et al. 2022) y/o a la fijación de N de manera libre (Gómez-Godínez et al. 2019, Morales-García et al. 2019, Nguyen et al. 2019, Hungria et al. 2022).
Se esperaba que los beneficios que aportan cada microorganismo se mantenga de forma aditiva al combinarlos entre sí, de manera similar como lo reportan Molina-Romero et al. (2021) quienes al reducir el 50% la aplicación de fertilizantes químicos no disminuyó el rendimiento de grano de maíces amarillos autóctonos; sin embargo, con la co-inoculación de los tres microorganismos eso no ocurrió en el presente ensayo. De acuerdo con los resultados obtenidos, es posible que exista alguna interacción menos favorable entre algunos de los microorganismos, particularmente entre las cepas ensayadas de B. subtilis y S. indica. Morales-García et al. (2019) coinciden en que se requiere generar más información que dilucide este comportamiento. Es importante resaltar que los mejores resultados se obtuvieron cuando se combinó A. brasilense con B. subtilis o con Serendipita indica. Al respecto, Robles y Barea (2004) reportan mayor biomasa de maíz por efecto de la co-inoculación de Serendipita sp, A. brasilense y B. subtilis en dos suelos, el incremento de la producción fue de 20 y 6% en los suelos respectivos. Mientras que Hauka (2000) reportó un incremento en la producción de biomasa de maíz con la co-inoculación de A. brasilense, Bacillus megaterium y Glomus macrocarpus respecto a las inoculaciones específicas e incluso que la aplicación absoluta de fertilizantes minerales, este incremento del rendimiento fue de 44%. En el presente ensayo no hubo diferencias estadísticas entre el tratamiento testigo y la co-inoculación de los tres microorganismos en la producción de biomasa, sin embargo, el incremento de esta variable fue de 17.6%. El mayor incremento de biomasa fue con la co-inoculación de A. brasilense - S. indica, respecto al tratamiento testigo, el cual fue de 39.7% (Tabla 2).
El mayor interés de los agricultores es la producción de grano, el incremento de éste al co-inocular con los tres microorganismos respecto al tratamiento testigo fue de 23.8%; pero los mayores incrementos en producción de grano se presentaron con las co-inoculaciones de A. brasilense + S. indica y A. brasilense + B. subtilis, los incrementos en la producción fueron de 28.6 y 40.1%, respectivamente. Uribe-Valle y Dzib-Echeverría (2006), también reportan un incremento en el rendimiento de grano de maíz por efecto de la co-inoculación de A. brasilense -+ Glomus intrarradices en un suelo Luvisol, tratado sólo con estos microorganismos, y con dos dosis de fertilización adicionales a los microorganismos (13-33-00 y 26-66-00), el incremento del rendimiento respecto al testigo fue de 7.82, 8.71 y 5.67%, respectivamente, en promedio el incremento del rendimiento con la co-inoculación fue de 7.40%. La razón por la cual el incremento del rendimiento fue mayor en el presente ensayo se atribuye al mejor control de los factores ambientales que influyen en el desarrollo del cultivo, por el hecho de haber llevado a cabo el ensayo en invernadero y con fertirrigación.
La co-inoculación de la semilla de maíz con S. indica y A. brasilense favoreció el comportamiento de los rasgos altura de planta, diámetro de la mazorca, peso de 200 granos, peso de rastrojo y producción de biomasa de maíz (rastrojo + grano). El incremento de la biomasa total (rastrojo + grano) con la co-inoculación de A. brasilense + S. indica fue de 39.7%; la co-inoculación con A. brasilense + B. subtilis generó el mayor rendimiento de grano de maíz, el incremento fue de 40.1%, en ambos casos respecto al testigo. Las inoculaciones individuales de A. brasilense, B. subtilis o S. indica ocasionaron menor efecto en las plantas de maíz que con las co-inoculaciones de dos o tres microorganismos. Por otro lado, la co-inoculación de la semilla con los tres microorganismos provocó menor efecto en el desarrollo de las plantas y en el rendimiento de maíz, con respecto a las co-inoculaciones con S. indica + A. brasilense, y con A. brasilense + B. subtilis
