Introducción

El tomate es una de las hortalizas más cultivada y de mayor valor económico a nivel mundial, su demanda se incrementa de forma permanente aunado a mayor producción y comercio (^{Ortega-Martínez et al., 2010}). Este fruto constituye uno de los principales componentes de la alimentación diaria de la población de muchos países, ya que es una fuente importante de minerales, vitaminas y compuestos antioxidante (^{Fraser et al., 2009}). En México 70% de la superficie total cultivada en agricultura protegida es dedicada al cultivo de tomate (^{Juárez-Maldonado et al., 2015}).

En la actualidad los productores están interesados en la búsqueda de nuevos sistemas de producción que incrementen los rendimientos y generen productos de excelente calidad (^{Santiago-López et al., 2016}). Debido a lo anterior han surgido insumos agrícolas con base en microorganismos y otros materiales de origen orgánico, por ejemplo las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV) (^{Kloepper y Schroth, 1978}) y los sustratos a base de compost (^{Raviv, 2015}), como opciones que fortalecen el enfoque de la agricultura sustentable (^{Pretty, 2008}).

Para incrementar los rendimientos del cultivo de tomate (Solanum lycopersicum L.) cv. Afrodita, tanto en condiciones de campo abierto como en condiciones de agricultura protegida, es de vital importancia la obtención de plántulas sanas y vigorosas (^{Costales et al., 2007}), en este sentido se ha propuesto el uso de RPCV (^{Vessey, 2003}) entre las que se encuentran los géneros Acinetobacter, Aeromonas, Alcaligenes, Arthrobacter, Azospirillum, Bacillus, Burkholderia, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterim, Pseudomonas, Rhizobium, Serratia entre otros (^{Rodríguez y Fraga, 1999}; ^{Spaepen et al., 2009}), los cuales son capaces de estimular el crecimiento de las plantas a través de diferentes mecanismos: (i) fijación biológica de nitrógeno; (ii) solubilización de fosfatos; (iii) síntesis de fitohormonas, como las auxinas y principalmente el ácido indolacético (AIA); e (iv) inhibición del desarrollo de microorganismos fitopatógenos por la síntesis de antibióticos o sideróforos (^{Khan et al., 2007}; ^{Lucy et al., 2004}; ^{Saharan y Nehra, 2011}; ^{Vessey, 2003}). ^{Bashan y de-Bashan (2010)}, destacan que las RPCV actúan como elicitores naturales mejorando el crecimiento y rendimiento de los cultivos vegetales. Por consiguiente, el empleo de insumos a base de RPCV, aplicados al suelo o a las plantas, podría ser una alternativa biotecnológica para la producción de cultivos agrícolas, reduciendo la aplicación de fertilizantes sintéticos y agroquímicos que deterioran el ambiente (^{Yang et al., 2009}). Se ha demostrado en varios estudios que la inoculación con RPCV ha logrado mejorar el crecimiento y desarrollo del cultivo de tomate (^{Noh et al., 2014}; ^{Rojas-Solís et al., 2016}; ^{Santillana et al., 2005}).

Por otra parte, el compost como abono orgánico contiene elementos nutritivos que puede complementar la nutrición de las plantas (^{Raviv et al., 2005}), su aplicación mejora el crecimiento, desarrollo y por consecuencia una mayor productividad de los cultivos, lo cual se debe a las propiedades físicas y químicas del abono (^{de la Cruz-Lázaro et al., 2009}), aporta N, P, K, Ca, Mg y hormonas promotoras del crecimiento (^{Olivares-Campos et al., 2012}). Según ^{Viti et al. (2010)} una de las características del compost es estimular el desarrollo de las RPCV. Por lo que el compost puede usarse como sustrato para la producción de cultivos hortícolas en invernadero (^{Rodríguez et al., 2008}). El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la inoculación de tres RPCV (Bacillusspp., Aeromonasspp. y Pseudomonas lini Delorme) utilizando sustratos a base de compost o arena de río sobre el rendimiento y calidad de frutos de tomate cv. Afrodita, bajo condiciones de invernadero.

Materiales y Métodos

La investigación se realizó durante el ciclo agrícola primavera-verano 2015, en la Comarca Lagunera (101º 40´y 104º 45´ O y 25º 05´y 26º 54´ N), en un invernadero de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro Unidad Laguna, Torreón, Coahuila, México. El invernadero cuenta con un área de 200 m², es de forma semicircular, con cubierta de acrílico reforzado, piso de grava y sistema de enfriamiento automático mediante pared húmeda y extractores de aire.

Las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV) utilizadas fueron: Bacillus spp., Aeromonas spp. y P. lini, pertenecientes a la colección microbiana del Laboratorio de Ecología Microbiana de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Juárez del Estado de Durango, Gómez Palacio, Durango, México. Para la preparación de los inóculos bacterianos, las tres cepas fueron inoculadas individualmente en medio líquido Luria Bertani^® y colocadas en una incubadora durante 24 h a 30 °C, con agitación de 200 rpm (Precisión Scientific 815^®) las concentraciones bacterianas se ajustaron a 1 × 10⁸UFC mL^‑1 con buffer fosfato salino al 0.5X.

El material vegetal empleado fue el tomate cv. Afrodita, el cual se sembró en bandejas de poliestireno de 200 cavidades, utilizando Peat moss (Premier, México^®) como sustrato. Las bandejas fueron colocadas en el interior del invernadero, éstas se cubrieron con plástico negro durante 72 h, aplicando cada 24 h riego, las características del agua fueron: pH 7.38, RAS 3.2 y CE 1.18 dS m^-1, clasificada como agua de baja salinidad y bajo contenido de sodio (^{Ayers y Westcot, 1994}). La inoculación de las RPCV se realizó a los 12 días después de la emergencia de las plántulas, empleando el método de inmersión, durante un periodo de 5 minutos, en una suspensión bacteriana de 4 L, a una concentración de 1 × 10⁸ UFC mL^-1, los tratamientos testigos solo se trataron con agua destilada (Cuadro 1).

^† Volumen: volumen: volumen

Cuadro 1 Tratamientos establecidos con diferentes composiciones de sustrato y rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV) inoculadas en tomate bajo condiciones de invernadero. 

El trasplante se efectuó a los 46 días después de la siembra, cuando las plántulas presentaron, en promedio, 15 cm de altura, colocando una planta en el centro de las bolsas de polietileno negro de 18 L de capacidad. Las bolsas se llenaron con sustratos a base de compost, arena de río y perlita y otras sólo con arena (Cuadro 1). Éstas fueron colocadas en doble hilera, con una separación de 1.60 m entre hileras, con arreglo “tresbolillo”, y a 0.30 m de centro a centro entre las bolsas, para obtener una densidad de 4.2 plantas m^-2. Las características nutrimentales de los sustratos se presentan en el Cuadro 2. La arena de río utilizada se desinfectó con una solución al 5% de hipoclorito de sodio y se dejó secar al ambiente por tres días. Al sustrato a base de compost, arena de río y perlita se le aplicó un lavado para lixiviar el exceso de sales de acuerdo a la metodología de ^{Cano et al. (2011)}.

^† Conductividad eléctrica.

Cuadro 2 Características químicas del compost y arena empleados como medio de crecimiento de tomate bajo condiciones de invernadero. 

Después del trasplante los riegos se dosificaron según las etapas de desarrollo del cultivo. A los cuatro días después del trasplante (ddt) se aplicaron en promedio 0.5 L de agua por maceta día^-1, el volumen se incrementó a 1 y 2 L día^-1, a los 30 y 71 ddt, respectivamente. La solución nutritiva empleada en los tratamientos testigos (T4 y T8) durante todo el ciclo del cultivo fue la recomendada por ^{Castellano y Ojodeagua (2009)}. La demanda nutricional del cultivo para los tratamientos inoculados con las RPCV fue cubierta utilizando Maxifrut y Maxiquel, ambos productos de la compañía BioCampo^®, para aplicar macro y micro elementos. Estos productos han sido aprobados por las normas de producción orgánica certificada ^{IFOAM (2003)}. De ambos productos se prepararon soluciones madre a razón de 10 y 50 g 20 L^-1 de agua de riego, para la fertilización de las bolsas se realizaron diluciones de 1 y 0.5 L en 1000 L de agua, respectivamente. La dilución del Maxifrut se aplicó todos los días y la del Maxiquel cada semana, a través de los volúmenes de riego ya mencionados. El manejo y cuidado del cultivo se realizó de acuerdo con lo establecido por ^{Muñoz (2009)}.

La cosecha de frutos se efectuó del primer al octavo racimo, cuando éstos presentaron un color rosa de 30 y 60% de acuerdo a la clasificación de color de la ^{USDA (1991)}. El ciclo de cultivo duró 120 ddt, la temperatura mínima y máxima al interior del invernadero fluctuó entre 17.4 y 32.6 °C respectivamente, mientras que la humedad relativa mínima y máxima osciló entre 30 y 70%.

La calidad del tomate se determinó en 18 frutos por planta, correspondientes a cada repetición de los tratamientos, registrándose los diámetros polar y ecuatorial, y el espesor de pericarpio con un vernier (Truper, México^®), el contenido de sólidos solubles con un refractómetro (Master-T ATAGO, Tokio, Japón^®), la firmeza con un penetrómetro (FHT200, Extech Instruments, USA^®), con émbolo de 3 mm, y el peso de fruto con una balanza (Ohaus 3729, México^®). El contenido de fenoles totales se determinó de acuerdo al método descrito por ^{Waterman y Mole (1994)}, realizando la extracción con metanol y la cuantificación mediante la reacción con el reactivo Folin Ciocalteu (Sigma-Aldrich, St. Louis MO, USA^®); los datos se reportaron como miligramos de ácido gálico por 100 g en fruto fresco (FF) (mg de AG 100 g^-1 FF). La capacidad antioxidante se evaluó de acuerdo al método desarrollado por ^{Brand-Williams et al. (1995)}, los resultados se expresaron en actividad equivalente a Trolox (µM Trolox g^-1 FF). El rendimiento total se estimó con el peso del fruto, considerando el número total de frutos obtenidos en la cosecha y la densidad de plantas.

El diseño experimental utilizado fue bloques completamente al azar con arreglo factorial (2 × 4), con ocho tratamientos y cinco repeticiones: el factor A correspondió a los sustratos, mientras que el factor B fueron las RPCV: Bacillus spp., Aeromonas spp. y P. lini. Los datos obtenidos fueron sometidos a análisis de varianza, en los casos en los que se encontró diferencia estadística, se realizaron comparación de medias aplicando la prueba Diferencia Mínima Signif icativa (DMS) al 0.05% (^{Olivares-Sáenz, 1993}).

Resultados y Discusión

Los diámetros ecuatorial y polar de los frutos de los diferentes tratamientos, así como el contenido de sólidos solubles, presentaron diferencias altamente significativas (P ≤ 0.01), del mismo modo, se encontraron significancias estadísticas en espesor de pericarpio y firmeza de fruto (P ≤ 0.05) por efecto de la interacción sustratos × RPCV. En el contenido de fenoles totales y capacidad antioxidante se registró diferencia significativa (P ≤ 0.05) en la interacción sustratos × RPCV. En el peso de fruto se encontró diferencia significativa (P ≤ 0.05) por efecto de las RPCV, sin embargo no hubo diferencias significativas entre diferentes sustratos, ni en la interacción sustratos × RPCV (Cuadro 3).

RPCV = rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal; ^† Coeficiente de variación; NS = no significativo; * = significativo (P ≤ 0.05); ** = altamente significativo (P ≤ 0.01).

Cuadro 3 Cuadrados medios y significancia estadística para las variables de calidad de fruto y rendimiento total en el cultivo de tomate desarrollado en invernadero. 

Para los diámetros polar y ecuatorial los mayores valores se registraron en el tratamiento T1, con medias de 6.54 y 5.50 cm respectivamente (Cuadro 4), los cuales corresponden a frutos de calidad comercial aceptable (^{Mena-Violante y Olalde-Portugal, 2007}). Estos valores superaron en 15.14 y 4.76%, respectivamente, a los valores registrados en el tratamiento T8. Por lo anterior, la inoculación con RPCV y el compost generaron efectos positivos en la calidad y tamaño de los frutos, efectos que coinciden con lo establecido por ^{Bhattacharjee et al. (2015)}. El diámetro polar registrado resultó ser similar al valor promedio reportado por ^{Mena-Violante et al. (2009)} en frutos de tomate cv. Río Fuego, provenientes de plantas inoculadas con B. Subtilis BEB-13bs. Por su parte, el diámetro ecuatorial fue superior en 11 y 17% a los valores promedios reportados por ^{Mena-Violante et al. (2009)} en condiciones de manejo ya descrita y ^{Mena-Violante y Olalde-Portugal (2007)} al evaluar la calidad y el rendimiento de tomate cv. Río Fuego inoculado con B. subtilis BEB-13bs en condiciones de invernadero, respectivamente.

^† Promedios con letras distintas en cada columna son estadísticamente diferentes (DMS, P ≤ 0.05). NS = no significativo; * = significativo; ** = altamente significativo. PF = peso de frutos; DP = diámetro polar; DE = diámetro ecuatorial; EP = espesor de pericarpio; SS = sólidos solubles; F = firmeza del fruto.

Cuadro 4 Calidad de fruto del cultivo de tomate con diferentes tratamientos bajo condicionesde invernadero. 

En el caso de espesor de pericarpio el mayor valor se presentó en el tratamiento T2, con 0.74 cm, superando al menos en 2.78% a los valores registrados en el resto de los tratamientos (Cuadro 4). Este valor fue superior al promedio de espesor de pericarpio, 0.39 cm, reportado por ^{Pal et al. (2015)}, en tomate cv. Azad T-6, al evaluar la fertilización sintética más la aplicación de la cepa Azotobacter. A su vez resultó ligeramente inferior al valor promedio de 0.8 cm reportado por ^{Rodríguez et al. (2009)}, para frutos de tomate empleando abonos orgánicos. Lo anterior permite suponer que la aplicación del compost y de las RPCV promovió el desarrollo de un mayor grosor del pericarpio, lo cual es deseable ya que contiene los niveles más altos de antioxidantes en comparación con la pulpa y las semillas de frutos de tomate (^{Luna-Guevara y Delgado-Alvarado, 2014}), además, está relacionado con el peso del fruto, así también podría aumentar la vida de anaquel (^{Coelho et al., 2003}).

En relación al contenido de sólidos solubles el mayor valor se registró en el tratamiento T1, con un media de 5.94 ºBrix, y fue superior en 4.38, 9.76, 11.45, 8.75, 10.77, 9.43 y 13.13% a los contenidos de sólidos solubles registrados en los tratamientos T2, T3, T4, T5, T6, T7 y T8, respectivamente (Cuadro 4). El valor 5.94 °Brix coincide con lo establecido por ^{Kumar et al. (2015}), quienes indican que los sustratos orgánicos más la aplicación de RPCV generan frutos de mayor contenido de sólidos solubles. Al respecto ^{Cuartero y Fernández (1998)}, destacan que el contenido de sólidos solubles se incrementa debido a la mayor concentración de sales presentes en los sustratos orgánicos. Por otra parte, el contenido de sólidos solubles registrado en el tratamiento T1 superó un 32% al contenido de sólidos solubles reportados por ^{de la Cruz-Lázaro et al. (2009)} en frutos de tomate cv. SUN 7705, cuyas plantas fueron fertilizadas con solución nutritiva inorgánica, bajo condiciones de invernadero. Por lo cual se fortalece la hipótesis de que el desarrollo de los cultivos será favorable si se aplican los bioinsumos a base de RPCV mezclados con abonos orgánicos, como el compost.

La firmeza del fruto se incrementó 8.5 y 3.7% en los tratamientos T1 y T2, respectivamente, en comparación a las plantas desarrolladas en el tratamiento T8 (Cuadro 4). Este comportamiento coincide con lo establecido por ^{Mena-Violante et al. (2009)} quienes reportaron que la firmeza es significativamente mayor en frutos de tomate proveniente de plantas inoculadas con RPCV. Por otro lado, el valor de firmeza, 12.54 N, obtenido en los frutos del tratamiento T1, fue superior en 19.08% a la firmeza reportada por ^{Mena-Violante y Olalde-Portugal (2007)}, en frutos de tomate cv. Río Fuego, fertilizadas con solución Long Ashton e inoculadas con la cepa B. subtilis BEB-13bs, en condiciones de invernadero. De acuerdo con ^{Cooper et al., 1998} los frutos más firmes podrían ser más resistentes al ataque de microorganismos causantes del decaimiento, por lo tanto, las plantas inoculadas con RPCV no solo incrementaron la firmeza, sino que además podrían disminuir la incidencia del deterioro del fruto.

Los mayores contenidos de fenoles totales se obtuvieron en el tratamiento T1, con una media de 51.70 mg de AG 100^-1 FF, superando en 26.05 y 44.29% al contenido determinado en los tratamientos testigos T4 y T8, respectivamente (Cuadro 5), comportamiento que coincide con lo establecido por ^{Dashti et al. (2014)}, quienes resaltaron que el contenido de fenoles totales se incrementa en frutos de tomate, provenientes de plantas inoculadas con RPCV en comparación a plantas sin inocular. Los compuestos fenólicos se acumulan como un mecanismo de defensa contra un estrés biótico y abiótico (^{Rivero et al., 2001}; ^{Toor et al., 2006}). Esta situación pudo contribuir a que los frutos del tratamiento T1 hayan destacado en la mayoría de las variables evaluadas en el presente experimento.

^† Letras distintas dentro de cada columna indican diferencia estadísticas significativas (DMS P ≤ 0.05).

Cuadro 5 Contenido de fenoles totales y capacidad antioxidante de frutos de tomate en diferentes tratamientos con inoculación de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV). 

Adicionalmente, es posible que las diferencias determinadas para fenoles totales pudieran ser atribuidas a las temperaturas máximas registradas en el interior del invernadero (^{Wahid et al., 2007}). Los valores obtenidos superaron ampliamente al valor de 26.22 mg AG 100 g^‑1 FF reportados por ^{Kim et al. (2013)} en frutos de tomate. Por otro lado, el valor 51.70 mg de AG 100 g^-1 FF registrado en el tratamiento T1, superó en 207% al contenido de fenoles totales de 16.8 mg AG 100 g^-1 FF en frutos de tomate cv. Río Grande, cuyas plantas se desarrollaron con aplicación de fertilizantes sintéticos (^{Ilahy et al., 2011}). En general, los resultados obtenidos coinciden con los informes de otros investigadores que han reportado un mayor contenido de fenoles totales en frutos de tomate, al aplicar abonos orgánicos contra la aplicación de fertilizantes sintéticos (^{Bhattacharjee et al., 2015}; ^{Toor et al., 2006}).

En relación a la capacidad antioxidante destacó el valor 66.68 µM Trolox g^-1 FF registrado en el tratamiento T1, superando en al menos 3.30% al resto de los tratamientos (Cuadro 5). Estos resultados coinciden con lo establecido por ^{Ordookhani et al. (2010)} quienes indican que el uso de RPCV puede aumentar el contenido de licopeno y la actividad antioxidante en frutos de tomate. Por otro lado, el contenido de sales presentes en el sustrato orgánico podría causar estrés nutricional en las plantas de tomate, promoviendo el incremento de la producción de compuestos fenólicos, lo que provoca un aumento en la actividad antioxidante en los frutos (^{Preciado-Rangel et al., 2015}; ^{Wang y Lin, 2003}). Por lo tanto, es factible recomendar la aplicación de la cepa Bacillus spp., más la utilización del sustrato a base de compost, como una alternativa de fertilización, para la producción de tomate en invernadero con calidad comercial aceptable y una mejor capacidad antioxidante.

En cuanto al peso del fruto del tomate, el cual fue significativamente diferente (P ≤ 0.05) por efecto de las RPCV, las plantas inoculadas con la cepa Bacillus spp., presentaron el mayor peso, con una media de 77.78 g, superando en 8.95, 12.10 y 16.78% al peso de fruto obtenido en las plantas inoculadas con las cepas Aeromonas spp., P. lini y al testigo sin inocular, respectivamente (Cuadro 6). El que haya sobresalido Bacillus spp., puede deberse a que, la promoción del crecimiento vegetal (p. ej.: peso seco de los brotes, altura de planta, número de frutos y rendimiento (^{Lucy et al., 2004}) está relacionada con la capacidad de cada microorganismo de sintetizar reguladores de crecimiento como AIA, citocininas, giberelinas, etileno, ácido abscísico, entre otros (^{Adriano et al., 2011}). Los resultados sugieren que los bioinsumos basados en RPCV pueden aumentar la capacidad de absorción de los elementos nutritivos por las plantas, y de este modo evidenciar los efectos positivos sobre los cultivos (^{Adesemoye et al., 2009}). En un estudio sobre el rendimiento y peso del fruto de tomate ^{Mayak et al. (2004)}, determinaron resultados significativamente mayores en plantas de tomate inoculadas con A. piechaudii, respecto a plantas testigo sin inocular. Resultados semejantes observaron ^{Dursun et al. (2010)}, con la aplicación de las cepas A. baumannii y B. megaterium en los cultivos de tomate y pepino (Cucumis sativus L.).

RPCV = rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal. ^† Letras distintas dentro de cada columna indican diferencia estadísticas significativas (DMS P ≤ 0.05). ^‡ Incremento con relación al testigo.

Cuadro 6 Peso de fruto y rendimiento total del cultivo de tomate inoculado con RPCV, bajo condiciones de invernadero. 

Los resultados del presente estudio muestran que el rendimiento total fue influenciado positivamente por las RPCV, sin embargo no hubo diferencias significativas para esta variable entre los diferentes sustratos, ni para la interacción sustratos × RPCV (Cuadro 3). De acuerdo con ^{Vessey (2003)} el incremento en el rendimiento de los cultivos vegetales por la aplicación de RPCV puede ser debido a la producción de metabolitos secundarios, tales como fitohormonas (auxinas, citoquininas y giberelinas), riboflavina y vitaminas (tiamina, niacina y ácido pantoténico). Existen relaciones positivas entre la inoculación de raíces de tomate con RPCV, ya que la inoculación de la cepa B. subtilis al cultivo de tomate superó en 28% al rendimiento del tratamiento testigo (^{Mena-Violante y Olalde-Portugal, 2007}). El rendimiento promedio, al aplicar las RPCV, fue de 76.06 Mg ha^-1, es decir, se incrementó 34.82% con respecto al rendimiento promedio obtenido, por los productores mexicanos en condiciones de riego y temporal (^{SAGARPA, 2014}). Las plantas inoculadas con la cepa Bacillus spp., presentaron el mayor rendimiento, con una media de 86.69 Mg ha^‑1, superando en 25.06% al rendimiento obtenido en el testigo sin inocular (Cuadro 6). Resultados similares han sido reportados por ^{Xue et al. (2009)} quienes evidenciaron que los géneros Acinetobacter y Enterobacter mejoraron significativamente el rendimiento del cultivo de tomate. Los resultados obtenidos en el presente experimento, de acuerdo con ^{Sánchez et al. (2012)}, sugieren que la inoculación de las plantas de tomate con RPCV exhibe un gran potencial para estimular el crecimiento y producción en este cultivo.

Conclusiones

La inoculación de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV) y la utilización del sustrato a base de compost incrementaron el rendimiento y la calidad nutracéutica de los frutos de tomate producido bajo condiciones de invernadero. Específicamente el uso de la cepa Bacillus spp. con el sustrato a base de compost tuvo efectos positivos sobre el diámetro polar y ecuatorial, contenido de solidos solubles, fenoles totales y capacidad antioxidante de frutos de tomate cv. Afrodita. Los bioinsumos basados en RPCV y el compost podrían ser una alternativa de fertilización en la producción de tomate en agricultura protegida, puesto que se incrementa el rendimiento y la calidad nutracéutica de los frutos sin el suministro de fertilizantes inorgánicos.