Introducción

El chile poblano en el estado de Puebla representa una antigua tradición cultural por su importancia gastronómica, económica y social, al asociarse con platillos como “chiles en nogada” y “mole poblano” (^{Cyphers et al., 2009}). Se produce principalmente en la Sierra Nevada, en municipios como San Matías Tlalancaleca, San Lorenzo Chiahutzingo, San Rafael Tlanalapa, Moyozingo, Huejotzingo y San Lucas (^{Huerta et al., 2007}). En 2007, el estado de Puebla presentó una superficie cultivada con chile Poblano de 600 ha y una producción de 4 800 t (^{SDR Puebla, 2007}), al respecto ^{Rodríguez et al. (2007)} mencionan que la producción de chile poblano, ha disminuido de 25 t ha^-1 a menos de 10 t ha^-1 en los últimos 10 años.

La disminución en la producción de chile poblano está asociada a diversos factores, y destacan la “secadera” y “ahogamiento” causada por Phytophthora capsici, Fusarium spp., Rhizoctonia solani, Pythium spp., Alternaria spp. la marchitez causada por el nemátodo Nacobbus aberrans, causando pérdidas de hasta 100% del cultivo, sea en invernadero, en campo o en almacigo (^{Rodríguez et al., 2007}; ^{Bautista-Calles et al., 2010}). Además, se suman factores como las enfermedades virales y daños físicos al cultivo ocasionada por insectos (áfidos, ácaros y trips) (^{Huerta et al., 2007}), así como la disponibilidad de nutrimentos y agua (^{Mena-Violante et al., 2006}). Según ^{Huerta et al. (2007)} el chile poblano de la Sierra Nevada se adapta mejor a suelos con textura areno-limosa que en suelos arcillosos por lo que deben evitarse los excesos de humedad.

Según la clasificación de la FAO, los suelos que predominan en el área de estudio son de tipo regosoles, cambisoles, feozems y fluvisoles (^{INEGI, 2017}), a diferencia de los dos primeros, los suelos tipo feozem y fluvisol presentan niveles altos y moderados de materia orgánica (^{FAO, 2006}; ^{Galicia et al., 2015}). Niveles altos de materia orgánica induce a una mayor fertilidad del suelo, debido a los altos contenidos nutrimentales y carbono orgánico; este último, como fuente de energía, permite mayor diversidad de bacterias, hongos, nematodos, lombrices de tierra, insectos y artrópodos que interactúan sinérgicamente en el ecosistema (^{Mader et al., 2002}; ^{Oehl et al., 2002}). Pero cuando la materia orgánica es baja se tiene un carbono orgánico bajo, poca fertilidad y mayor ataque por fitopatógenos al utilizar los cultivos como su fuente de alimentos, según ^{Ghorbani et al. (2010)}, la fertilización nitrogenada en suelos con baja cantidad de materia orgánica, favorece el desarrollo de patógenos como Rhizoctonia sp., Fusarium sp., Sclerotium sp., etc.

El suelo es el sustrato físico para la vida de los animales terrestres (incluyendo al hombre) y un medio para el crecimiento de las plantas, amortigua los flujos de agua, en él ocurre la descomposición y liberación de nutrimentos y permite la regulación de las emisiones de los gases de efecto invernadero (^{Stott y Taylor, 2016}). Los microorganismos que viven en el suelo están íntimamente asociados con todas estas funciones (^{Aislabie y Deslippe, 2013}). La microbiota se encuentran en mayor densidad cerca de las raíces de las plantas, donde hay mayor disponibilidad de compuestos orgánicos exudados (^{Massenssini et al., 2014}), la calidad de estos exudados permite el reclutamiento de ciertos microorganismos que tendrán un efecto positivo, neutro o negativo sobre la planta, determinando potencialmente la composición de las comunidades vegetales (^{Wolfe y Klironomos, 2005}).

Los grupos de organismos más estudiados son las rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (RPCV) y los hongos micorrízicos arbusculares (HMA), debido a los beneficios que estas proporcionan a las plantas. Las RPCV proveen de nutrimentos a las plantas mediante la fijación y solubilización de elementos como el nitrógeno atmosférico, el fósforo y el potasio; inhiben el desarrollo de fitopatógenos y sintetizan reguladores del crecimiento como las auxinas, giberelinas y citoquininas (^{Hariprasad y Niranjana 2009}; ^{Sandhya et al., 2010}). Los HMA favorecen la absorción de agua y nutrimentos, e incrementan la tolerancia al estrés ocasionado por factores bióticos y abióticos (^{Perner et al., 2007}; ^{Sawers et al., 2008}). El objetivo de la investigación fue cuantificar las poblaciones de RPCV y HMA en plantaciones de chile poblano cultivado a campo abierto y sus posibles efectos en el rendimiento del cultivo.

Materiales y métodos

En septiembre de 2012 se colectó suelo rizosférico de chile poblano en nueve sitios de la región de la Sierra Nevada en el estado de Puebla, México. El muestreo incluyó campos de chile poblano de tres municipios: San Matías Tlalancaleca con tres sitios, cuyas altitudes fueron desde 2 414 a 2 467 msnm, San Lorenzo Chiautzingo con dos sitios de altitudes de 2 404 y 2 425 msnm, y Huejotzingo con cuatro sitios de altitudes que van de 2 284 a 2 313 msnm (Cuadro 1 y Figura 1).

Figura 1 Ubicación geográfica de los nueve sitios donde se colectaron muestras de suelo rizosférico de chile poblano en la Sierra Nevada, Puebla, México. 

Se colectaron cuatro muestras por sitio, que incluían suelo y plantas de chile poblano seleccionadas visualmente por su mejor aspecto (sanidad y vigorosidad), éstos se conservaron en hielera para su trasladado al laboratorio de microbiología del Campus Montecillo del Colegio de Postgraduados, Montecillo, Estado de México. En los sitios de muestreo los valores de pH (suelo, agua 1:2) fluctuaron entre 4.9 a 7.6. Los valores de materia orgánica (MO) fueron de 0.27 a 1.48%, el nitrógeno total (NT) de 0.01 a .07%, el fósforo (P) de 41.1 a 428.8 mg kg^-1 y de potasio (K) de 242 a 854 mg kg^-1. La textura del suelo fue clasificado como franco arenoso en los sitios uno, tres, cuatro y cinco, franco arcillo arenoso para el sitio dos y arena francosa para los sitios seis, siete, ocho y nueve (Cuadro 1).

Las muestras colectadas fueron procesadas en campana de flujo laminar en condiciones de asepsia. Se pesó 10 g de muestra y se depositó en botellas con 90 mL de agua destilada estéril (primera dilución) y a partir de ésta se hicieron diluciones decimales seriadas (hasta 10^-4). En cajas Petri se sembró 0.1 mL de cada dilución y la alícuota fue distribuida sobre la superficie del medio sólido con ayuda de una varilla de vidrio en forma de L. Se usaron medios de cultivos específicos: agar nutritivo para bacterias totales (BT), Pikovskaya, para detectar bacterias solubilizadoras de fosfatos (BSP), Rennie, para fijadoras de nitrógeno (BFN), Luria-Bertani (LB), para bacterias productoras de auxinas (BPA) y medio PDA (agar papa dextrosa) para hongos totales. Las colonias se cuantificaron después de tres días de incubación a 28 °C.

El número de frutos se cuantificó en plantas de chile poblano al momento de su colecta en campo, las raíces de las plantas colectadas de chile poblano se evaluó la colonización por HMA siguiendo el método de clareo y tinción con azul tripano (^{Phillips y Hayman, 1970}), la colonización total (PCT) fue estimado en raíces de 1 cm de longitud expresado en porcentajes (^{Biermann y Linderman, 1981}). Una parte del suelo rizosférico fue utilizado para la extracción y cuantificación de esporas de HMA mediante la técnica de tamizado y decantado en húmedo

(^{Gerdemann y Nicolson, 1963}), expresado en 100 g de suelo seco (100 g). Los datos obtenidos fueron analizados con el paquete estadístico SAS para Windows (^{SAS Institute Inc. 2002}), realizando un análisis de varianza y prueba de comparación de medias (Tukey, α= 0.05).

Resultados y discusión

Las poblaciones de microorganismos encontradas en cada sitio fueron estadísticamente diferentes (Tukey α= 0.05) (Cuadro 2). El sitio siete, cuya muestra fue colectada en el municipio de Huejotzingo, presentó las poblaciones más altas de BT (53 x 10⁵ UFC g^-1 de suelo) y BPA (92 x 10⁴ UFC g^-1 de suelo), mientras que el sitio uno de San Matías Tlalancaleca tuvo las poblaciones más altas de hongos totales (82 x 10² UFC g^-1 de suelo), BSP (46 x 10⁴ UFC g^-1 de suelo) y BFN (36 x 10⁴ UFC g^-1 de suelo). Las poblaciones más bajas fueron encontradas en los sitios uno para BT (10 x 10⁵ UFC g^-1 de suelo), nueve para HT (3 x 10² UFC g^-1 de suelo), tres para BSP (1 x 10⁴ UFC g^-1 de suelo), cinco y ocho para BPA (4 x 10⁴ UFC g^-1 suelo), cinco y seis para BFN (10 x 10⁴ UFC g^-1 de suelo) (Cuadro 2).

Las densidades de HT, BFN y BSP presentaron correlación positiva y estadísticamente significativa (α = 0.05) con la altitud de los diferentes sitios estudiados (Cuadro 3), lo cual indica que las densidades de estas rizobacterias se vieron incrementadas en los sitios de mayor altitud. Además, la altitud se correlacionó negativamente con el pH, la materia orgánica y el contenido de nitrógeno, y positivamente con el contenido de fósforo en suelo, factores que determinaron las altas densidades de los microorganismos en los sitios siete y uno. Las características del suelo influyeron en las poblaciones microbianas evaluadas, debido a que se observó correlación negativa y significativa (α= 0.05) entre la población de HT y el pH del suelo; correlación negativa y significativa (α= 0.01) entre las BSP y el pH, MO, NT y K y correlación positiva y significativa (α= 0.01) con las BPA y el contenido de P (Cuadro 3).

Existen pocos estudios sobre la altitud y su influencia en la distribución de los microorganismos del suelo son contradictorios, y han sido relacionados con los factores del clima, del suelo, la vegetación y los factores bióticos (^{Hofmann et al., 2016}). Por ejemplo, la diversidad del Phylum acidobacteria disminuye a mayor altitud y es atribuido principalmente al pH del suelo (^{Bryant et al., 2008}). La abundancia bacteriana encontrada por ^{Hofmann et al. (2016)} disminuyó con la altitud, y le atribuye a la influencia que la altitud tiene sobre la temperatura y la materia orgánica del suelo. ^{Weyens et al. (2009)}, mencionan que los microorganismos del suelo están influenciados principalmente por las características como la humedad, textura, pH, materia orgánica, contenido nutrimental, temperatura y salinidad; también pueden estar influenciadas por factores como la especie vegetal, edad y estado nutricional de la planta (^{Adeboye et al., 2006}).

Los ecosistemas del suelo son altamente complejos debido a la gran diversidad de especies microbianas que albergan, las cuales pueden ser perjudiciales o benéficas para las plantas. Los microorganismos benéficos, como los evaluados en este estudio, se clasifican como RPCV debido a las funciones que estos realizan, por ejemplo la fijación biológica del N₂ (BFN) y la solubilización del fósforo (BSP) para ponerlos a disposición de las plantas en forma de amonio y fosfatos inorgánicos (^{Herridge et al., 2008}, ^{Restrepo-Franco et al., 2015}); además, promueven la producción de auxinas (BPA) que influyen directamente en el desarrollo de las plantas mediante la elongación y división celular, diferenciación de tejidos y la dominancia apical (^{Duca et al., 2014}). Adicionalmente, las RPCV permiten el control biológico de patógenos (^{Sandhya et al., 2010}), la degradación de la materia orgánica, la adaptación de las plantas a suelos contaminados, condiciones de sequía y valores extremos de pH (^{Saraf et al., 2011}) y la síntesis de reguladores de crecimiento como etileno, auxinas y giberelinas (^{Kim et al., 2010}).

Las raíces de las plantas de chile forman asociaciones simbióticas con los hongos micorrízicos arbusculares (^{Davies Jr et al., 1992}), lo cual se confirma en este estudio, ya que el chile poblano estuvo colonizado por los HMA entre 5 y 68%, existiendo diferencias estadísticas significativas entre los nueve sitios muestreados (Tukey α= 0.05). La colonización más alta (68%) fue localizada en el sitio nueve, que corresponde a la colecta de suelo hecha en el municipio de Huejotzingo, el valor más bajo se encontró en el sitio cinco, municipio de San Lorenzo Chiautzingo (Cuadro 4). El porcentaje alto de colonización del sitio nueve, posiblemente esté relacionado con el bajo contenido de P (44.3 mg kg^-1) encontrado en el lugar, a diferencia del sitio cinco que fue mucho más alta (187.1 mg kg^-1). Según ^{Javaid (2009)}, los HMA colonizan eficientemente a las plantas cuando los suelos presentan bajos contenidos de fósforo.

La presencia de vesículas fue relativamente bajo, siendo el sitio seis con mayor presencia de estas estructuras micorrízicas con 5.2%, mientras que el sitio nueve no presentó vesículas. El mayor número de esporas en suelo fue encontrado en el sitio siete con 896 esporas en 100 g, mientras que en el sitio uno se encontró la menor cantidad con 195 esporas. La CT presentó correlación positiva y significativa (α= 0.01) con el pH y el número de esporas con el P del suelo (Cuadro 3), mientras que la altitud influenció la CT y las esporas presentes de HMA al presentar correlación negativa y significativa (α= 0.01), indicativo de que a mayor altitud se tiene menor colonización micorrízica. El P presentó correlación negativa con la CT y positiva con el número de esporas, lo que indica que a menor contenido de P mayor será la CT y a medida que se incremente el P se aumentará el número de esporas.

Factores como el gradiente altitudinal, características físicas (textura, estructura, porosidad) y químicas del suelo (pH, materia orgánica, nutrimentos) (^{Coutinho et al., 2015}) y las actividades humanas (^{Dumbrell et al., 2010}) influyen en la diversidad, colonización y número de esporas presentes de HMA. El manejo de los cultivos con fertilizantes o herbicidas afecta la simbiosis micorrízica (^{Pasaribu et al., 2011}), causando disminución en la diversidad y abundancia de esporas (^{Oehl et al., 2004}). En la región donde se cultiva chile poblano en el estado de puebla, no se usan herbicidas, por lo que la variación en las poblaciones microbianas se debe a otros factores.

La simbiosis HMA-planta se estima que ocurre entre 70-90% de las especies de plantas terrestres, en ecosistemas agrícolas, como en este estudio, o en ecosistemas naturales (^{Smith y Reed, 2008}; ^{Zhu et al., 2010}). Los HMA son simbiontes obligados y adquieren carbono de sus plantas hospederas para completar su ciclo de vida (^{Bago et al., 2000}); a cambio, el hongo proporciona diversos beneficios para la planta, por ejemplo, aumento en la absorción de nutrimentos principalmente P, N y K (^{Perner et al., 2007}), Zn, Cu, Fe, S, Ca (^{Allen, 2009}), Mg y B (^{Subramanian et al., 2006}; ^{Altomare y Tringovska, 2011}) y la tolerancia al estrés ocasionado por factores bióticos y abióticos (^{Sawers et al., 2008}).

La cantidad cuantificada de frutos por planta presentó diferencias estadísticas significativas (Tukey α= 0.05), siendo mejor el sitio ocho con siete frutos producidos por plantas en promedio, seguido de los sitios uno y tres con seis frutos, respectivamente. El sitio cinco no presentó frutos sanos debido a la presencia de enfermedades fungosas en el cultivo, lo que no permitió que se alcanzara la etapa fenológica de fructificación y desarrollo de fruto. La CT por HMA presentó correlación positiva y significativa (α= 0.05) con la producción de frutos por planta, indicativo que a mayor CT mayor será el rendimiento de frutos; sin embargo, las características del suelo también influyeron en esta variable, ya que las plantas con mayores frutos producidos se encontraron en aquellos sitios con mejores características de pH, MO, NT y K, obteniéndose correlación significativa (α= 0.01) de estas variables con el fruto producido por planta (Cuadro 3).

El rendimiento en frutos, encontrado en cada uno de los sitios fue afectado por las características del suelo (pH, MO, NT y K), que a su vez fueron afectados por la altitud de los sitios. El número de frutos obtenidos no fue muy alto debido a que el muestreo se realizó antes de que la planta completara su ciclo reproductivo, no obstante, en todos los sitios el estado fenológico en el que se encontraban los cultivos de chile poblano era muy similar, lo que permitió valorar en gran medida la producción de frutos que se tenía por planta y comparar entre sitios.

Conclusiones

El presente estudio realza la importancia del cultivo de chile poblano y su asociación con los microorganismos del suelo, principalmente de aquellos que son benéficos para el ecosistema suelo-planta. El gradiente altitudinal de los sitios, fue un factor determinante en las propiedades químicas del suelo y en la distribución de las comunidades bacterianas evaluadas en este estudio.

Los problemas que afronta el chile poblano en la Sierra Nevada pueden ser neutralizados mediante la disminución en el uso de productos químicos, que implicaría menos erosión del suelo y el mantenimiento de las colonias bacterianas, los cuales podrían favorecer el rendimiento del cultivo. Sin embargo, se requieren estudios adicionales para seleccionar estos microorganismos benéficos y que al ser inoculados como biofertilizantes promuevan el crecimiento de la planta y su adaptación al campo, cuando estos son trasplantados.