Cepas y dosis de rizobios influyen en la germinación y el crecimiento del cafeto en el pre-germinador

INTRODUCCIÓN

El café es un producto ampliamente consumido que desempeña un papel importante en la economía mundial, especialmente para los países en la línea ecuatorial (Subit et al., 2020SUBIT, L. D., SIERRA, R. P. M. y CASANOVAS, C. E. 2020. El cultivo del café (Coffea arabica L.) y su susceptibilidad a la roya (Hemileia vastatrix Berkeley & Broome) en la provincia Cienfuegos. Revista Científica Agroecosistemas, 8 (3): 109-114.). La producción mundial total fue de 168 678 mil sacos de 60 kg de granos de café en 2019/2020, con una proyección de crecimiento de 1,9 % en 2020/2021 (OIC, 2021ORGANIZACIÓN INTERNACIONAL DEL CAFÉ (OIC). 2021. Historical data on the global coffee trade. Disponible en: http://www.ico.org/new_historical.asp. Consultado 10/01/2021. ). La producción de café se basa fundamentalmente en las especies Coffea arabica L., que representa el 60,4 %, seguida de Coffea canephora Pierre ex Froehner, que representa el 39,6 % restante, según datos de OIC (2021)ORGANIZACIÓN INTERNACIONAL DEL CAFÉ (OIC). 2021. Historical data on the global coffee trade. Disponible en: http://www.ico.org/new_historical.asp. Consultado 10/01/2021. .

Cuba es uno de estos países que cultiva el café y en la estructura agraria cubana constituye uno de los cultivos tradicionales. En la actualidad representa un rubro exportable de significativa importancia económica, de alta demanda por los consumidores nacionales y la base fundamental de la economía en las zonas montañosas (Vasallo, 2019VASALLO, R. L. 2019. La crisis de la producción del sistema agroforestal cafetalero en Cuba y su relación con la conservación de la biodiversidad. Tesis para optar al título de Doctor en Ecología. Universidad de Alicante, España, 214 p.).

En Cuba, el 65 % de las áreas existentes son de C. arabica y el 35 % de C. canephora (Subit et al., 2020SUBIT, L. D., SIERRA, R. P. M. y CASANOVAS, C. E. 2020. El cultivo del café (Coffea arabica L.) y su susceptibilidad a la roya (Hemileia vastatrix Berkeley & Broome) en la provincia Cienfuegos. Revista Científica Agroecosistemas, 8 (3): 109-114.). Sin embargo, en los últimos años el volumen de café producido con fines exportables ha disminuido, estando relacionado con las dificultades que afronta el sector cafetalero en Cuba. En este contexto, Díaz et al. (2021)DÍAZ, M. A., LÓPEZ, P. Y., SUÁREZ, P. C., et al. 2021. Efecto del Fitomas-E y dos proporciones de materia orgánica sobre el crecimiento de plántulas de cafeto en vivero. Centro Agrícola, 48 (1): 14-22. refieren que entre las principales causas esta la mala calidad de las plántulas, debido a la poca uniformidad de estas en su talla, entre otros factores.

La producción de plántulas de baja calidad en los viveros es una de las etapas que influye en el volumen de cafeto producido (Encalada et al., 2018ENCALADA, C. M. E., FERNÁNDEZ, P., JUMBO, N., et al. 2018. Evaluación del crecimiento de plántulas de Coffea arabica L. cv caturra en condiciones de vivero con diferentes sustratos y recipientes. Bosques Latitud Cero, 8 (1): 70-84. ). Esto obliga a buscar métodos que permitan lograr posturas de calidad superior desde la etapa inicial en vivero y que promuevan una mejor adaptación a las condiciones adversas al ser llevadas a campo definitivo (Guevara et al., 2021GUEVARA, F. W., MACHADO-CARCASÉS, G. y BUSTAMANTE-GONZÁLEZ, C. A. 2021. Relación entre la fertilidad de sustratos y el crecimiento de posturas de café (Coffea arabica L.) en Contramaestre, Santiago de Cuba. Ciencia en su PC, 1: 94-110.).

Otro problema que enfrenta la caficultura es que la semilla germina lentamente en forma asincrónica, con baja tolerancia a la desecación y tiene una longevidad reducida (De Farías et al., 2015DE FARIAS, E. T., AMARAL, S. E. A., TOOROP, P. E., et al. 2015. Expression studies in the embryo and in the micropylar endosperm of germination coffee (Coffea arabica cv. Rubi) seeds. Plant Growth Regulation, 75: 575-581.). Esto provoca pérdida de la viabilidad de la semilla y, por consiguiente, se dificulta la obtención de plántulas con elevados estándares de calidad (Castanheira et al., 2013CASTANHEIRA, G. G., VEIGA, F. R., SERAFIM, C. L., et al. 2013. Minimum period to assess the potential of germination of coffee seeds. Journal of Seed Science, 35: 347-352.). Para aumentar la germinación de las semillas de cafeto, generalmente es necesario invertir en la adopción de métodos químicos y mecánicos, lo que indudablemente atenta contra la eficiencia y eficacia del proceso productivo (Coa et al., 2014COA, U. M., MÉNDEZ, N. J. R., SILVA, A. R., et al. 2014. Evaluación de métodos químicos y mecanismos para promover la germinación de fosforitos en café (Coffea arabica) var. Catuaí Rojo. IDESIA, 32: 43-53.).

El empleo de bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV), como parte del manejo integrado del cultivo del cafeto, pude ser una solución a la problemática previamente planteada. Se ha demostrado que la inoculación de cepas de Azotobacter, Pseudomonas, Kocuria sp., y Bacillus subtilis en plantas de café promueven un incremento significativo de la biomasa vegetal (Cisneros et al., 2017CISNEROS, R. C. A., SÁNCHEZ, P. M. y MENJIVAR, F. J. C. 2017. Efecto de bacterias solubilizadoras de fosfatos sobre el desarrollo de plántulas de café. Agronomía Mesoamericana, 28 (1): 149-158.). Blanco et al. (2018)BLANCO, E. L., CASTRO, Y., OLIVO, A., et al., 2018. Germinación y crecimiento de plántulas de pimentón y lechuga inoculadas con rizobios e identificación molecular de las cepas. Bioagro, 30 (3): 207-218. informaron aislados rizobianos autóctonos que incrementaron la germinación de semillas, así como el crecimiento del pimentón (Capsicum annuum L.) y lechuga (Lactuca sativa L.) en fase de semillero. A su vez, Bécquer et al. (2018)BÉCQUER, C. J., CANCIO, T., NÁPOLES, J. A., et al. 2018. Selección de rizobios por su efecto en la germinación y desarrollo incipiente de Moringa oleífera Lam. Fase I: condiciones controladas. Cuban Journal of Agricultural Science, 52 (4): 473-484. mostraron el efecto superior en la germinación y desarrollo incipiente de Moringa oleifera Lam con cepas nativas de rizobios.

Los rizobios son considerados BPCV porque producen un efecto beneficioso en el crecimiento vegetal, a partir de mecanismos que permiten incrementar la disponibilidad de nutrientes para la planta y por el efecto fitoestimulante de algunas hormonas que producen (Jiménez et al., 2018JIMÉNEZ, G. A., FLORES, F. J. D., GARCÍA, F. P., et al. 2018. Probiotic activities of Rhizobium laguerreae on growth and quality of spinach. Scientific Reports, 8: 295.). Este último atributo se ha empleado para la elaboración de bioproductos que permiten incrementar el crecimiento y el desarrollo de cultivos de importancia económica. Tal es el caso del Bioenraiz®, cuya aplicación en semillas de C. arabica cv. ‘Caturra rojo’ produjo un incremento significativo de la germinación (González et al., 2015GONZÁLEZ, V. M. E., ROSALES, J. P., CASTILLA, V. Y., et al. 2015. Efecto del Bioenraiz® como estimulante de la germinación y el desarrollo de plántulas de cafeto (Coffea arabica L.). Cuba. Cultivos Tropicales, 36 (1): 73-79.). Por otra parte, aunque ya se han reportado resultados en condiciones de vivero (Nápoles et al., 2021NÁPOLES, V. S., MILANES, R. S., GONZÁLEZ, C. L., et al. 2021. Rhizobia inoculation favor the growth of Coffea arabica L. seedlings grafted in a nursery. Research, Society and Development, 10 (6): e10110615722.), se desconoce el efecto de la inoculación de cepas de rizobios en el crecimiento de C. arabica cv. ‘Isla 5-15’ y C. canephora cv. ‘Robusta’. Teniendo en cuenta lo anterior, el presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto de la inoculación de cepas y concentraciones diferentes de rizobios durante el proceso de obtención de plántulas de cafeto C. arabica cv. ‘Isla 5-15’ y C. canephora cv. ‘Robusta’, en la fase de pre-germinador.

MATERIALES Y MÉTODOS

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la presente investigación se determinó el efecto de la inoculación de cepas y dosis de rizobios en algunos indicadores de crecimiento del cafeto cv. ‘Isla 5-15’ y ‘Robusta’, empleados frecuentemente como injerto y portainjerto, respectivamente (Nápoles et al., 2021NÁPOLES, V. S., MILANES, R. S., GONZÁLEZ, C. L., et al. 2021. Rhizobia inoculation favor the growth of Coffea arabica L. seedlings grafted in a nursery. Research, Society and Development, 10 (6): e10110615722.). Los resultados mostraron que al evaluar índices de emergencia para las dos cultivares, interacciones altamente significativas (p<0,001) son obtenidas en las tres variables (IE, IVE y PE) y comparados con el control (Factorial x Adicional) (Tabla 1).

Los resultados de los indicadores de crecimiento la ANOVA muestran la misma respuesta para la variable LR, independiente de las especies empleadas, mostrándose ausencia de interacción entre los factores, con diferencias altamente significativas en el factor cepas (p<0,001), así como, para la comparación establecida entre el Factorial x Adicional (Tabla 1). Para AP, los factores individuales y combinados no mostraron significancia estadística en C. arabica cv. ‘Isla 5-15’, aunque, el Factorial x Adicional evidenció diferencias altamente significativas (p<0,001). Para C. canephora cv. ‘Robusta’, la variable AP apenas manifestó diferencias significativas para el factor Cepas (p<0,001).

Al comparar el tratamiento control (Adicional) con el Factorial se observó que los índices de emergencia IE y IVE para las dos cultivares mostraron la misma respuesta (Tabla 2), con efectos superiores del Factorial (Cepas x Dosis) en relación al control indicando, así que los rizobios estimulan el proceso de germinación del café. Al evaluar el índice PE se manifiestó una respuesta contrastante de los cultivares, observándose que para C. arabica cv. ‘Isla 5-1’ la ausencia de rizobios manifestó una mejor respuesta en este índice, mientras que para C. canephora cv. ‘Robusta’ fue lo contrario, manteniendo el efecto evidenciado en los índices IE y IEV, siendo el Factorial superior al Adicional (Tabla 2). Para los indicadores de crecimiento en C. arabica cv. ‘Isla 5-15’, la comparación entre el tratamiento Adicional y el Factorial muestran también superioridad del tratamiento Adicional para las dos variables (AP y LR), indicando que estas variables no fueron influenciadas por los factores evaluados.

Los resultados cuando se consideran las interacciones significativas entre los dos factores son mostrados en la tabla 3. En C. arabica cv. ‘Isla 5-15’ para los índices IE y IVE se manifestaron los mismos resultados cuando se compararon dentro de las diferentes dosis las tres cepas evaluadas. Para la menor dosis de 0,1 mL de rizobio, la cepa que manifestó los resultados superiores fue B. elkani (ICA 8001) con valores de 3,29 plántulas día^-1 y 21,12 plántulas día^-1 para IE y IVE, respectivamente. Por otro lado, al evaluar PE para este mismo cultivar, la dosis de 0,1 mL no manifestó diferencias entre las cepas empleadas y las otras dos dosis manifestaron igual respuesta, favoreciéndose esta variable siempre que se emplearon las cepas de Rhizobium sp. (Rpd16) y Rhizobium sp. (C1).

En C. arabica cv. ‘Isla 5-15’ para los índices IE, IVE y PE, se observó que al comparar en cada una de las cepas el efecto de las dosis aplicadas que, las combinaciones con dosis 0,5 mL de Rhizobium sp. (Rpd16) promueve los mejores valores para los tres índices evaluados (Tabla 3). Para la cepa Rhizobium sp. (C1), las mejores respuestas fueron con la mayor dosis empleada (1 mL). Para B. elkani (ICA 8001) la menor dosis (0,5 mL) fue la más eficiente en estimular los índices IE y IVE, entre tanto, para PE ninguna de las dosis se diferenció para esta cepa en C. arabica cv. ‘Isla 5-15’ (Tabla 3). Estos resultados muestran que la respuesta de las cepas es dependiente de las dosis empleadas.

En C. canephora cv. ‘Robusta’, al observar las interacciones obtenidas en los índices IE, IVE y PE, se puede afirmar que para IE y IVE la respuesta fue la misma con los mejores resultados, independiente de la dosis empleada, al emplear la cepa Rhizobium sp. (C1) (Tabla 3). El índice PE con las dosis 0,5 y 1,0 mL de B. elkani (ICA 8001) se favorece, en las semillas tratadas con esta combinación, con 99,33 y 100% de germinación, respectivamente. Cuando se evaluó en el mismo cv. ‘Robusta’ el efecto de las dosis dentro de cada una de las cepas, se observó que las cepas Rhizobium sp. (Rpd16) y Rhizobium sp. (C1), combinadas con la mayor dosis (1,0 mL) empleada, favorece que se alcancen los mayores valores en los tres índices evaluados. Para B. elkani (ICA 8001), la menor dosis (0,5 mL) fue la más eficiente en estimular los índices IE y IVE, mostrando igual respuesta que C. arabica cv. ‘Isla 5-15’ (Tabla 3).

Los índices evaluados (IE, IVE y PE) en la fase de germinación de semillas de café están relacionados con la velocidad con que la planta germina y se desenvuelve en los primeros 30 días (Coa et al., 2014COA, U. M., MÉNDEZ, N. J. R., SILVA, A. R., et al. 2014. Evaluación de métodos químicos y mecanismos para promover la germinación de fosforitos en café (Coffea arabica) var. Catuaí Rojo. IDESIA, 32: 43-53.). Los valores obtenidos fueron adecuados si se compara con Nápoles et al. (2021)NÁPOLES, V. S., MILANES, R. S., GONZÁLEZ, C. L., et al. 2021. Rhizobia inoculation favor the growth of Coffea arabica L. seedlings grafted in a nursery. Research, Society and Development, 10 (6): e10110615722., que al evaluar estos dos cultivares obtuvieron un PE de 90 % para el cv. ‘Isla 5-15’ y 89 % para el cv. ‘Robusta’. Para estos índices, las combinaciones de cepas y dosis fueron determinantes en la respuesta obtenida en cada uno de los cultivares empleados. De acuerdo con los resultados, se observó que puede existir una estrecha relación entre el contenido de metabolitos secundarios producidos por las bacterias, pues al incrementar las dosis de inoculación en la planta, se favorece PE, independiente de la cepa empleada. Asociado con esa respuesta, se puede afirmar que las cepas de rizobios proporcionan a las semillas AIA (ácido indol acético), que induce la división y alargamiento celular, y con eso se favorece el incremento del crecimiento de las plantas (Hassan y Bano, 2015HASSAN, T. and BANO, A. 2015. The stimulatory effects of L-tryptophan and plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) on soil health and physiology of wheat. Journal of Soil Science and Plant Nutrition, 15 (1): 190-201. ).

Según Parray et al. (2016)PARRAY, J. A., JAN, S., KAMILI, A. N., et al. 2016. Current perspectives on plant growth-promoting rhizobacteria. Journal of Plant Growth Regulation, 35 (3): 877-902., el efecto positivo de la inoculación de algunas de las cepas de rizobios en el IVE de semillas de café pudiera deberse a la actividad fito-estimuladora de estas bacterias. Los resultados obtenidos para IVE en esta investigación, al aplicar las tres dosis en estudio, son superiores a lo informado por Bécquer et al. (2018)BÉCQUER, C. J., CANCIO, T., NÁPOLES, J. A., et al. 2018. Selección de rizobios por su efecto en la germinación y desarrollo incipiente de Moringa oleífera Lam. Fase I: condiciones controladas. Cuban Journal of Agricultural Science, 52 (4): 473-484.. Estos autores aplicaron una dosis, 5 veces superior (5 mL) a la mayor (1,0 mL por semilla) empleada en el trabajo, de Bradyrhizobium spp. en el momento de la siembra de Moringa oleífera Lam en condiciones controladas con los aislados Ho9 (2,32 plantas día^-1), JK5 (2,30 plantas día^-1) y el testigo fertilizado (2,52 plantas dia^-1), lo que evidenció el efecto positivo que tiene las cepas empleadas en nuestro trabajo en el cultivo del cafeto. Baset et al. (2012)BASET MIA, M. A., SHAMSUDDIN, Z. H. and MAHMOOD, M. 2012. Effects of rhizobia and plant growth promoting bacteria inoculation on germination and seedling vigor of lowland rice. African Journal of Biotechnology, 11: 3758-3765. comentan que el IVE determina el estado de salud de la plántula y finalmente el estado de productividad de la misma. Por lo tanto, un incremento en el IVE indica la disminución del tiempo para el establecimiento del semillero en condiciones controladas, incrementando la eficiencia del proceso, resultado similar al obtenido en esta investigación que corrobora la importancia del uso de los rizobios en esta fase para el café.

Las figuras 1 y 2 muestran la comparación de las medias para las variables AP y LR para cepas y dosis, respectivamente. Al evaluar el efecto de las cepas de modo individual, se observó que apenas C. canephora cv. ‘Robusta’ evidenció diferencias significativas con destaque para las cepas de Rhizobium sp. (Rpd16) y B. elkani (ICA 8001), que promovieron los mayores valores de esta variable, sin diferencias estadísticas entre ellas (Figura 1B). La LR en C. arabica cv. ‘Isla 5-15’ (Figura 1C) es estimulada con la inoculación de Rhizobium sp. (Rpd16), mientras que para C. canephora cv. ‘Robusta’ las cepas Rhizobium sp. (Rpd16) y B. elkani (ICA 8001) fueron las mejores (Figura 1D).

Los mejores resultados en el crecimiento de los cultivos dependen de una adecuada colonización de bacterias en la rizósfera (Mahmood et al., 2016MAHMOOD, A., TURGAY, O. C., FAROOQ, M., et al., 2016. Seed biopriming with plant growth promoting rhizobacteria: a review. FEMS Microbiology Ecology, 92 (8): fiw112. ). Al parecer, las dos bacterias rizobiales con mejores resultados se establecieron sobre las semillas durante la germinación donde pudieron crecer y colonizar las raíces en toda su extensión. La colonización de la semilla durante la fase de impregnación o inmersión tiene un efecto significativo sobre el crecimiento de la planta (Noumavo et al., 2016NOUMAVO, P. A., AGBODJATO, N. A., BABA-MOUSSA, F., et al. 2016. Plant growth promoting rhizobacteria: Beneficial effects for healthy and sustainable agriculture. African Journal of Biotechnology, 15 (27): 1452-1463. ).

Las medias para las variables AP y LR, al considerar las dosis aplicadas, se muestran en la figura 2. En estas dos variables, independiente de la cultivar, no se observaron respuestas significativas entre las diferentes dosis empleadas en las semillas de C. arabica cv. ‘Isla 5-15 (Figura 2A y 2C) y C. canephora cv. ‘Robusta’ (Figura 2B y 2D).

Durante el proceso de FBN, la contribución de nitrógeno (N) es esencial para obtener respuestas positivas relacionas con el desenvolvimiento de las plantas como lo atribuido a la cepa B. elkani ICA 8001, según Hernández et al. (2015HERNÁNDEZ, F. I., NÁPOLES, G. M. C. y MORALES, M. B. 2015. Caracterización de aislados de rizobios provenientes de nódulos de soya (Glycine max (L.) Merril) con potencialidades en la promoción del crecimiento vegetal. Cultivos Tropicales, 36 (1): 65-72. ). Estos autores aislaron de nódulos de soya [Glycine max (L.) Merril] y confirmaron que esta cepa es eficiente en fijar el N atmosférico. Las enzimas nitrogenasas presentes en microorganismos, cataliza la reducción del N molecular a amonio, por lo que la capacidad de fijar el N atmosférico, constituye un beneficio adicional que permite promover el crecimiento (Hernández et al., 2015HERNÁNDEZ, F. I., NÁPOLES, G. M. C. y MORALES, M. B. 2015. Caracterización de aislados de rizobios provenientes de nódulos de soya (Glycine max (L.) Merril) con potencialidades en la promoción del crecimiento vegetal. Cultivos Tropicales, 36 (1): 65-72. ). El N es uno de los nutrientes vitales para el crecimiento y la productividad de las plantas. Se encuentra presente en aminoácidos propios de proteínas, amidas, clorofila, hormonas, nucleótidos, vitaminas, alcaloides y ácidos nucleicos (Ahemad y Kibret, 2014AHEMAD, M. and KIBRET, M. 2014. Mechanisms and applications of plant growth promoting rhizobacteria: Current perspective. Journal of King Saud University Science, 26: 1-20. ) y, en consecuencia, maximiza la capacidad de las plantas para desenvolverse.

Los resultados de esta investigación mostraron el efecto promotor del crecimiento de algunas cepas de rizobios en dos cultivares de café de importancia económica para Cuba. Es una evidencia más de que estas bacterias, tradicionalmente estudiadas por su asociación simbiótica con las leguminosas (Priya et al., 2019PRIYA, M., KUMUTHA, K. and SENTHILKUMAR, M. 2019. Impact of bacterization of Rhizobium and Methylobacterium radiotolerans on germination and survivability in groundnut seed. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 8 (08): 394-405. ), tienen la capacidad de beneficiar el crecimiento de otras plantas, a partir de la inoculación en edades tempranas del desarrollo vegetal como es la fase de pre-germinador en café. Los resultados que se obtienen con los inoculantes bacterianos en estudio pueden depender de varios factores, entre ellos, la interrelación planta-microorganismo, la que podrían potenciar el efecto rizosférico (Cuperus, 2016CUPERUS, F. 2016. An explorative case study on soil micronutrient availability in the province Groningen, The Netherlands. Tesis para optar al título de Master en Ecología de los Sistemas Agrarios. University of Wageningen, The Netherlands, 105 p.), activando la maquinaria enzimática en la producción de metabolitos secundarios y fitohormonas, que en este caso podrían presentarse en cantidades insuficientes para el crecimiento de esta especie vegetal.

CONCLUSIONES

La combinación de cepas y dosis de rizobios tienen la capacidad de influenciar el cultivo del café en la fase de pre-germinadores. Para C. arabica cv. ‘Isla 5-15’, la respuesta obtenida en la fase de germinación para los índices IE y IVE fue la misma y estuvo determinada por las combinaciones de 0,1 mL de B. elkani (ICA 8001), 0,5 mL de Rhizobium sp. (Rpd16) y 1,0 mL de Rhizobium sp. (C1); en la fase de crecimiento apenas la cepa Rhizobium sp. (Rpd16) se destacó y no se obtuvo efecto de dosis. Para C. canephora cv. ‘Robusta’, la cepa que mostró la mejor respuesta fue Rhizobium sp. (C1), independiente de la dosis empleada para IE y IVE en la fase de germinación, mientras que, en la fase de crecimiento se destacaron las cepas Rhizobium sp. (Rpd16) y B. elkani (ICA 8001), sin ningún efecto de las dosis.