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Efecto de un inóculo microbiano en el crecimiento de plantas de tomate (Solanum lycopersicum L.)

  [*] Autor para correspondencia: yudines@inca.edu.cu


RESUMEN

La siembra del cultivo del tomate a través de posturas inoculadas constituye una alternativa ecológicamente aceptable que garantiza mayor crecimiento y reduce insumos externos. Con el propósito de incrementar el crecimiento y desarrollo de tomate, se realizó un estudio en un semillero tradicional con el objetivo de evaluar las diluciones más efectivas en el crecimiento de las plantas de tomate previamente embebidas las semillas en el inóculo microbiano (IM). Este experimento se condujo bajo un Diseño completamente al azar con cinco tratamientos y cinco repeticiones. Los datos fueron procesados a través del programa Statgraphics Centurión (versión 15.1). La imbibición de las semillas de tomate durante 15 minutos en 5, 10 y 15 mL L-1 del IM no provocó diferencias estadísticas entre ellas; existiendo una similitud expresada en los distintos momentos evaluados y para todas las variables en estudio, estimulando la altura de la planta, la longitud radical, el número de hojas, el diámetro del tallo y la masa foliar y radical. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en esta investigación se demostró el efecto de las diluciones en el crecimiento y desarrollo de plantas de tomate. No obstante, aun cuando las tres diluciones alcanzaron los mayores valores, para producir plantas en menor tiempo y con la calidad necesaria; la imbibición en 5 y 10 mL L-1 constituyó una alternativa que representa un ahorro en la cantidad del bioproducto a utilizar.

Palabras clave:
bioestimulante; hortaliza; microorganismos eficientes; semillero.

INTRODUCCIÓN

El tomate (Solanum lycopersicum L.) es la hortaliza más ampliamente difundida en todo el mundo y la de mayor valor económico. Es la segunda especie en importancia dentro del género Solanum spp., por su papel en los hábitos alimenticios de una amplia parte de la población mundial, su demanda aumenta continuamente y con ella su cultivo, producción y comercio 1,2.

En Cuba, en el año 2016 la superficie sembrada de este cultivo ocupó 40 049 hectáreas lo que representa el 21,5 % de la superficie destinada a la siembra de hortalizas, con un nivel de producción de 481 470 toneladas y un rendimiento promedio de 12,02 t ha -1 (3) .

Para el cultivo del tomate, la siembra a través de posturas asegura una mayor supervivencia que si se hace directamente de semilla, garantizando mayores rendimientos. El éxito depende, en gran parte, del cuidado que se preste a los semilleros, lo cual permite la obtención de plantas uniformes, en buen estado de desarrollo y sin problemas fitosanitarios, factores que inciden en una mayor resistencia al rigor del trasplante y un mayor porcentaje de sobrevivencia en el campo 4.

La producción del tomate en Cuba aún no alcanza el rendimiento potencial, debido entre algunas causas al no adecuado manejo fitotécnico del cultivo, lo que impone buscar alternativas que pueden tributar al incrementó y desarrollo del mismo, en este sentido el Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), desarrolló un inóculo microbiano (IM), a partir de la tecnología de los Microorganismos Eficientes (ME).

Las comunidades microbianas en los suelos se consideran vitales para asegurar la sostenibilidad de los ecosistemas. Las mismas son responsables de funciones tales como: las transformaciones de carbono, el reciclaje de nutrientes, el mantenimiento de la estructura del suelo y la regulación de las poblaciones biológicas 5.

La utilización de los microorganismos benéficos es una alternativa viable para las producciones ya que constituyen un medio económicamente atractivo y ecológicamente aceptable. Reducen los insumos externos, mejorar la cantidad y calidad de los recursos internos, así como garantizar mayor eficiencia en el uso de los fertilizantes minerales 6.

En estos momentos, la producción y el uso de bioproductos en beneficio de la agricultura se expande mediante la labor integrada del Grupo Empresarial de Laboratorios Farmacéuticos (LABIOFAM) y diversos centros de investigación del país. Dentro de los que se destacan Azofert®, Nitrofix, Fosforina, Dimargon y EcoMic®. Los cuales también pueden emplearse en semilleros tradicionales o en cepellones o bandejas.

El IM se encuentra en estudio en cultivos de interés económico como hortalizas, girasol, frijol, plátano y caña de azúcar donde se ha puesto de manifiesto que con aplicaciones foliares de las dosis entre 1.5 L ha-1 y 3 L ha-1 se obtienen incrementos significativos en rendimientos 7,8. Sin embargo, los estudios referidos a la inoculación de este producto en el cultivo del tomate en condiciones de semillero, han sido poco abordados, de ahí la necesidad de esta investigación. Teniendo en cuenta estos criterios se planteó el siguiente problema científico: ¿Cómo incrementar el crecimiento del cultivo del tomate en la etapa de semillero? De acuerdo a estos antecedentes, el presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto biológico de un inóculo microbiano en el crecimiento de plantas de tomate en la etapa de semillero del cultivo.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo experimental fue realizado en las áreas del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), ubicado en Tapaste, San José de las Lajas, provincia Mayabeque. En la finca experimental “Las Papas” del Departamento de servicios Agrícolas (DSA).

Los experimentos se desarrollaron sobre un suelo Ferralítico Rojo Lixiviado agrogénico dístrico, según Clasificación de los Suelos de Cuba, la cual se correlaciona con el World Reference Base (WRB) como Nitisol ferrálico, líxico, (dístrico, ródico, arcíllico) 9,10.

El cultivo estudiado fue el tomate (Solanum lycopersicun L.), cultivar ‘Mara’. Se estudió un (IM), obtenido por el Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), compuesto por una combinación de microorganismos pertenecientes a su colección, de los géneros Bacillus subtilis B/23-45-10 Nato, Lactobacillus bulgaricum B/103-4-1 y Saccharomyces cervisiae L-25-7-12, contando con un título de 106 UFC mL-1, el cual se comercializa con la marca LEBAME® (7,11.

Se realizó un estudio en un semillero tradicional con el objetivo de evaluar las diluciones más efectivas en el crecimiento de las plantas de tomate previamente embebidas las semillas en el IM. Las mismas fueron definidas teniendo en cuanta estudios previos en condiciones de laboratorio 12. Los canteros midieron 30 m de largo x 1 m de ancho a los que se le aplicó abono orgánico a razón de 1 kg m2 de estiércol vacuno. Este experimento se condujo bajo un Diseño completamente al azar con cinco tratamientos y 10 repeticiones los que se muestran a continuación:

  1. Imbibición 2,5 mL L-¹

  2. Imbibición 5 mL L-¹

  3. Imbibición 10 mL L-¹

  4. Imbibición 15 mL L-¹

  5. Control sin bioproducto

Las semillas de tomate se embebieron durante 15 minutos. Cada tratamiento ocupó una superficie experimental de 2 m2. La siembra se realizó a chorrillo con una densidad aproximada de 250 semillas por m2, con una distancia entre hileras de 10 cm. Los datos fueron procesados a través del programa Statgraphics Centurión (versión 15.1). Las atenciones culturales al semillero fueron realizadas según las normas establecidas en el Manual Técnico del cultivo. Se realizaron evaluaciones del crecimiento a 10 plantas por tratamiento tomadas al azar a los 10, 20 y 30 días después de germinadas (DDG), las mismas se muestran a continuación:

  • Altura (cm): con regla graduada, se midió desde el cuello de la raíz hasta la axila de la hoja más joven.

  • Longitud radical (cm): con regla graduada, se midió la raíz principal del cultivo.

  • Numero de Hojas: conteo visual

  • Diámetro del tallo (cm): con un pie de rey, se midió a partir de dos centímetros del cuello de la raíz. (se evaluó solo a los 20 y 30 DDG)

  • Masa seca foliar y radical (g): por pesada en balanza analítica con una precisión de ± 0.01 mg y secado en estufa a 70 °C hasta masa constante.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Figura 1, se muestra la dinámica de la altura de las plantas de tomate, a los 10, 20 y 30 días después de germinadas. En cada momento evaluativo se encontró que los tratamientos embebidos en las diluciones más altas (5, 10 y 15 mL L-¹), no presentaron diferencias significativas entre ellos; sin embargo, superan estadísticamente la dilución más baja (2,5 mL L-1), evidenciando que es necesario evaluar un rango de concentraciones del bioproducto de 5 a 15 ml L L-¹ y determinar las más apropiadas, capaces de estimular la altura de la planta.

Medias con letras comunes no difieren significativamente según prueba de Duncan (p≤0,05)

La altura de la planta alcanzó con las mayores concentraciones estudiadas (5, 10 y 15 mL L-¹) valores de alrededor de 6,75 cm a los 10 días después de la germinación, lo que representa un incremento con respecto al control en 25,9 %. En las posteriores evaluaciones a los 20 y 30 DDG, se mantuvo un comportamiento similar con valores cercanos a los 15 y 20 cm, incrementando con respecto al control en 20 y 33 % respectivamente. Entre las variables de crecimiento y desarrollo del cultivo del tomate, se considera que la altura es la que más influye en el rendimiento 13.

Según el Instructivo técnico del cultivo la longitud óptima requerida para el trasplante es 15 cm, la cual se alcanzó en los tratamientos antes mencionados aproximadamente a los 20 días, no ocurrió de igual manera con el control y la dilución 2,5 mL L-1, que lograron valores dentro de los parámetros de calidad para ser trasplantadas cerca a los 30 días, lo que constituyó una disminución de 10 días del tiempo de permanencia de las posturas en semillero. La imbibición de las semillas en diferentes diluciones del IM representa una alternativa para la producción de posturas con la altura requerida en menor tiempo.

El comportamiento presentado por la longitud radical se muestra en la (Figura 2). El análisis de la longitud de la raíz, refirió un comportamiento similar a la variable altura de la planta donde a excepción de la dilución de 2,5 mL L-1, el resto estimula la longitud radical sin diferencias estadísticas entre ellas.

Medias con letras comunes no difieren significativamente según prueba de Duncan (p≤0,05)

El comportamiento presentado por la longitud radical, pudo estar asociado a la actividad fisiológica de los microorganismos inoculados. El sistema radical bien desarrollado puede contribuir a la absorción de mayor cantidad de agua y nutrientes, varios estudios enfatizan el papel de Bacillus en la secreción de exudados radicales; que tienen lugar desde la fase de absorción de agua del proceso de germinación hasta que concluye su ciclo biológico; provocando perturbaciones temporales en la membrana y por consiguiente una pérdida al medio circundante de solutos y diferentes metabolitos de bajo peso molecular (azúcares, ácidos orgánicos, iones, aminoácidos, polipéptidos entre otros). Los cuales pueden ser utilizados por los microorganismos inoculados y por tanto se obtiene un incremento de la producción de la fitohormona ácido indolacético (AIA) compuesto promotor del crecimiento vegetal, que induce un incremento en el número y longitud de los pelos radicales 14,15.

Estudios realizados por el ICIDCA informan que este IM es capaz de producir entre 14 y 18 % de AIA aspecto de vital importancia para su aplicación en la agricultura como bioestimulante 7. Lo planteado podría explicar el efecto apreciable de las diluciones con respecto al control, incrementando estadísticamente los resultados de las variables estudiadas.

Las semillas de tomate cuando se hidratan en condiciones de anoxia parcial, presentan como la generalidad de todos los cultivos un patrón trifásico de absorción de agua, donde la fase I se caracteriza por una rápida imbibición, debido a factores puramente físicos, en particular al componente mátrico del potencial hídrico de los tejidos. La fase II es generalmente un largo período de absorción de agua y está asociado fundamentalmente con eventos metabólicos relacionados con la germinación. La última etapa (fase III) se asocia con la emergencia de la radícula lo que constituye la primera señal visible del proceso de germinación. Según estos autores la emisión radicular ocurre aproximadamente a las 48 horas 16.

Por tanto, de acuerdo con lo planteado, se puede interpretar que las diluciones empleadas pudieron haber disminuido la frecuencia de estas fases provocando una aceleración en la emergencia radicular y por consiguiente un incremento del crecimiento radical con respecto al control. Resultados similares fueron presentados por investigadores del ICIDCA al evaluar diferentes diluciones (5, 10, 15, 30, 75 y 125 mL L-1) del IM en la germinación de semillas de acelga (Beta vulgaris L). Encontrándose que todas las diluciones evaluadas estimularon los indicadores de germinación y crecimiento de las plántulas, disminuyendo su efecto en la medida que aumentan las concentraciones alcanzando un índice de germinación (IG) para 125 mL L-1 (IG) ≤ 30 %, considerado muy bajo, lo que puede ser explicado por el fenómeno de hormesis, donde a menor dosis mayor estimulación e inhibición a mayor dosis 7.

Los pelos radicales además de absorber agua juegan un papel muy importante para fijar las raíces primarias jóvenes a medida que penetran en el suelo. La rizosfera puede influir indirectamente en absorción de agua y nutrientes para mantener la turgencia de la parte aérea y posibilitar las actividades bioquímicas 17.

La imbibición en el producto benefició el aumento del tamaño de la raíz lo que permite inferir, que este a su vez ejerció un efecto determinante sobre el desarrollo de la parte aérea de las plantas, como consecuencia de la eficiencia de la fotosíntesis y de la nutrición mineral. La imbibición de las semillas en diferentes diluciones del IM representa una alternativa para la producción de posturas con la altura y la longitud radical requerida en menor tiempo.

En la Figura 3 A y B se observa el efecto de la inoculación tanto para las variables número de hojas, como el diámetro del tallo; en ambas figuras se muestran los dos últimos momentos evaluativos (20 y 30 DDG); la evaluación del número de hojas, realizada a los 10 DDG no aparece representado en el gráfico, pues no mostró diferencias significativas; lo que pudiera estar dado por el inicio de la emisión de sus primeras hojas con capacidad fotosintética.

Medias con letras comunes no difieren significativamente según prueba de Duncan (p≤0,05)

Al analizar de conjunto estas variables se aprecia que en ambas evaluaciones existen diferencias significativas entre los tratamientos, con tendencia al incremento con la aplicación de las mayores diluciones, (5, 10 y 15 mL L-1) las cuales no difieren significativamente entre sí; para ambas variables los valores más bajos corresponden al tratamiento control; los resultados a los 20 DDG, muestran que el desarrollo de las posturas fue favorecido con la aplicación del producto en 22 y 16 % para las hojas y el diámetro respectivamente, esta última variable logró alcanzar en este momento evaluativo con las diluciones de 5, 10 y 15 mL L-1 valores de diámetro entre 0,27 y 0,28 cm, cercanos a 0,3 cm valor establecido por el Instructivo técnico del cultivo como óptimo para el trasplante.

Por otra parte, con 5 mL L-1 a los 30 DDG también se manifiesta el efecto estimulador de este producto tanto para el número de hojas, como para el diámetro del tallo; ambos fueron superiores al control en 32 y 16 % respectivamente. El incremento en ambas variables es importante puesto que las posturas contarán con mayor superficie foliar para realizar la fotosíntesis, lo que le confiere mayor capacidad de supervivencia en el campo.

El crecimiento de los tallos requiere del aporte de los fotoasimilados obtenidos en las hojas que se mueven a través del floema hacia los sitios de consumo. El movimiento de estos solutos ocurre por flujo de masa desde la fuente (hojas) hacia el sumidero (tallos). Para un proceso eficiente de descarga de los fotoasimilados desde las hojas hacia los tallos, es esencial la continua circulación del agua entre el xilema y el floema. Por lo tanto, el incremento de estos indicadores puede influir en la acumulación de masa seca foliar producto del balance entre la fotosíntesis y la respiración 18.

Investigaciones realizadas muestran que los microorganismos eficientes, cuando entran en contacto con la materia orgánica, secretan sustancias beneficiosas como vitaminas, ácidos orgánicos, minerales y antioxidantes, cambian la micro y macro flora del suelo y mejora el equilibrio natural. Los efectos antioxidantes promueven la descomposición de la materia orgánica y aumenta el contenido de humus, todo lo cual favorece el crecimiento de la planta. En relación con este planteamiento algunos autores plantean que los ME degradan proteínas complejas y carbohidratos, además de producir sustancias bioactivas (vitaminas, hormonas, enzimas) que pueden estimular el crecimiento y la actividad de otras especies de microorganismos. Esto pudiera explicar el incremento del número de hojas y diámetro del tallo obtenido en este experimento 19.

La interpretación de los resultados obtenidos en relación con la Masa seca foliar y radical de las plantas, arrojaron en ambos casos que los mayores incrementos se obtuvieron con las diluciones 5, 10 y 15 mL L-1, tratamientos que no difiere significativamente entre ellos (Figura 4).

La apertura o cierre de los estomas es un aspecto determinante en la acumulación de carbono y biomasa de las plantas, y tiene una estrecha relación con el incremento del área foliar. El flujo de CO2 hacia los sitios fotosintéticos ocurre a través de las estomas. Si la entrada de CO2 es limitada producto del cierre estomático, se reduce el área foliar y por tanto la producción de masa seca de los órganos en las plantas tiende a disminuir; teniendo en cuenta estos criterios pudiera ser que el incremento de estos indicadores en las plantas de los tratamientos antes mencionados haya incrementado el flujo de CO2 y por consiguiente mayor acumulación de masa seca foliar y radical 20.

Medias con letras comunes no difieren significativamente según prueba de Duncan (p≤0,05)

Cabe significar que, la imbibición pudo haber conducido a una efectiva inoculación de las semillas, lo cual evidencia claramente las diferencias con el tratamiento control, al respecto se notó un comportamiento similar del control en todas las variables estudiadas y en cada uno de los momentos evaluativos, siempre por debajo de los tratamientos estudiados. Resultados similares al evaluar el comportamiento de la aspersión foliar simple y combinada de 10 mL L-1 del IM+HMA en el cultivo del pimiento (Capsicum annuum L.), donde también la altura de las plantas fue significativamente superior, en el tratamiento coinoculado, aun cuando no difirió del tratamiento con IM. También reportaron resultados significativos con la aspersión foliar de 10 mL L-1 del IM a los 10 y 20 DDG en diferentes cultivos hortícolas 8.

La inoculación con microorganismos eficientes (ME) al ecosistema puede mejorar la calidad de los suelos, así como el crecimiento, rendimiento y propiedades de los cultivos. Estudios realizados con la utilizaron de microorganismos eficientes en el cultivo del tomate, logran estimular el crecimiento y el rendimiento de las plantas con diferencias estadísticas significativas con relación a los tratamientos controles, al evaluar el comportamiento agroproductivo de Zea mays inoculado con Microorganismos Eficientes, refiere un incremento con respecto al control, del número de mazorcas por planta, masa de las mazorcas con paja y masa de la mazorca sin paja de 15,8, 14,9 y 29,8 % respectivamente 21-24

Estudios publicados demostraron el efecto positivo de 10 mL L-1 del IM al evaluar algunos componentes del rendimiento en hortalizas, encontrando que la masa y el diámetro ecuatorial de Brassica oleracea, logró un incremento significativo de 16 y 6 % respectivamente con respecto al control. Además, el cultivo de Lactuca sativa y Beta vulgaris, incrementaron su masa con respecto al control sin bioproducto en 68 y 72 % 8.

El IM contiene la bacteria Bacillus subtilis (Rizobacteria Promotora del Crecimiento Vegetal) la cual es capaz de segregar sustancias reguladoras del crecimiento vegetal. Las más conocidas son las fitohormonas, sustancias de elevada actividad biológica que, en pequeñas concentraciones, influyen sobre el metabolismo de las plantas, provocando variaciones en su crecimiento y desarrollo 25.

El hecho de que los microorganismos en estos tratamientos hayan sobrevivido y adaptado, demuestra que han sido influidos favorablemente por el ambiente de la rizósfera donde se realizó la investigación. Como se ha reiterado en acápites anteriores y según el criterio de otros autores, debido a las condiciones del suelo los microorganismos pueden dominar o coexistir y tomar formas de compensación en el contexto microbiano presente 26.

Por otra parte, de las cuatro diluciones estudiadas en semillero, tres de ellas (5, 10, 15 mL L-1) alcanzaron estimular significativamente los indicadores de crecimiento de las plantas con respecto al control a los 10, 20 y 30 DDS, permitiendo producir plantas en menor tiempo y con la calidad necesaria; no obstante, con solo embeber las semillas en 5 mL L-1 durante 15 minutos se produjo un ahorro importante del producto, elemento que desde el punto de vista práctico influyó en la selección de las diluciones utilizadas.

CONCLUSIÓN

El Inóculo microbiano a base de Micoorganismos Eficientes estimula el crecimiento y desarrollo de plantas de tomate en la fase de semillero resultando la mejor combinación embeberlas durante 15 minutos en la dilución de 5 mL L-1.

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Recibido: 19/12/2019

Aceptado: 11/10/2020

 

 


Los autores de este trabajo declaran no presentar conflicto de intereses.

Este artículo se encuentra bajo licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)

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Effect of a microbial inoculum on the growth of tomato plants (Solanum lycopersicum L.)

  [*] Author for correspondence: yudines@inca.edu.cu


ABSTRACT

Sowing the tomato crop through inoculated seedlings constitutes an ecologically acceptable alternative that guarantees greater growth and reduces external inputs. In order to increase the growth and development of tomato, a study was carried out in a traditional seedbed with the objective of evaluating the most effective dilutions in the growth of tomato plants previously embedded in the seeds in the microbial inoculum (MI). This experiment was conducted under a Completely Random Design with five treatments and five repetitions. The data were through the Statgraphics Centurión program (version 15.1) processed. The imbibition of tomato seeds for 15 minutes in 5, 10 and 15 mL L-1 of the MI did not cause statistical differences between them. There is a similarity expressed in the different moments evaluated and for all the variables under study stimulating the height of the plant, the root length, the number of leaves, the diameter of the stem and the foliar and root mass. Taking into account the results obtained in this research, the effect of dilutions on the growth and development of tomato plants was demonstrated. However, even when the three dilutions reached the highest values, to produce plants in less time and with the necessary quality; the imbibition in 5 and 10 mL L-1 constituted an alternative that represents a saving for bioproduct to be used.

Key words:
efficient microorganisms; biostimulant; seedbed; vegetable.

INTRODUCTION

Tomato (Solanum lycopersicum L.) is the most widely spread vegetable in the world and the one with the greatest economic value. It is the second most important species within the genus Solanum spp., Due to its role in the eating habits of a large part of the world population, its demand increases continuously and with it its cultivation, production and trade 1,2.

In Cuba, in 2016 the area planted with this crop occupied 40,049 hectares, which represents 21.5 % of the area used for planting vegetables, with a production level of 481 470 tons and an average yield of 12.02 t ha-1 (3.

For tomato cultivation, sowing through seedlings ensures greater survival than if done directly from seed, guaranteeing higher yields. Success depends, largely, on the care given to the seedbeds, which allows the obtaining of uniform plants, in a good state of development and without phytosanitary problems, factors that influence greater resistance to the rigor of transplantation and greater percentage of survival in the field 4.

Tomato production in Cuba still does not reach the potential yield, due among some causes to the inadequate phytotechnical management of the crop, which makes it necessary to look for alternatives that can contribute to the increase and development of the same. In this sense the Cuban Research Institute of the Derivatives of Sugar Cane (ICIDCA), developed a microbial inoculum (MI), based on Efficient Microorganisms (ME) technology.

Microbial communities in soils are considered vital to ensure the sustainability of ecosystems. They are responsible for functions such as carbon transformations, nutrient recycling, and maintenance of soil structure and regulation of biological populations 5.

The use of beneficial microorganisms is a viable alternative for productions since they constitute an economically attractive and ecologically acceptable medium. They reduce external inputs, improve the quantity and quality of internal resources, as well as guarantee greater efficiency in the use of mineral fertilizers 6.

At this time, the production and use of bioproducts for the benefit of agriculture is expanding through the integrated work of the Business Group of Pharmaceutical Laboratories (LABIOFAM) and various research centers in the country. Among those that stand out Azofert®, Nitrofix, Fosforina, Dimargon and EcoMic® that can also be used in traditional seedbeds or in root balls or trays.

The MI is being in crops of economic interest such as vegetables studied, sunflower, beans, banana and sugar cane where it has been shown that with foliar applications of doses between 1.5 L ha-1 and 3 L ha-1 are obtained significant increases in yields 7,8. However, the studies related to the inoculation of this product in tomato cultivation under seedling conditions have been little addressed, hence the need for this research. Taking into account these criteria, the following scientific problem was raised: How to increase the growth of the tomato crop in the seedbed stage? According to these antecedents, the present work aimed to evaluate the biological effect of a microbial inoculum on the growth of tomato plants in the seedling stage of the crop.

MATERIALS AND METHODS

The experimental work was carried out in the areas of the National Institute of Agricultural Sciences (INCA), located in Tapaste, San José de las Lajas, Mayabeque province. In the experimental farm, "Las Papas" from the Department of Agricultural Services (DSA).

The experiments were developed on a Dystric Agrogenic Leaching Red Ferralitic soil, according to the Classification of the Soils of Cuba, which is correlated with the World Reference Base (WRB) as Nitisol ferralic, lixic, (dystric, rhodic, clay) 9,10.

The cultivar studied was tomato (Solanum lycopersicun L.), cultivar ‘Mara’. An (MI) was studied, obtained by the Cuban Institute for Research on Sugar Cane Derivatives (ICIDCA), composed of a combination of microorganisms belonging to its collection, of the genera Bacillus subtilis B/23-45-10 Nato, Lactobacillus bulgaricum B/103-4-1 and Saccharomyces cervisiae L-25-7-12, with a titer of 106 CFU mL-1, which is marketed under the brand LEBAME® (7,11.

A study was in a traditional seedbed carried out with the objective of evaluating the most effective dilutions in the growth of tomato plants previously embedded in the seeds in the IM. They were taking into account defined how many previous studies under laboratory conditions 12. The beds measured 30 m long x 1 m wide to which organic fertilizer was applied at a rate of 1 kg m2 of bovine manure. This experiment was conducted under a Completely Random Design with 5 treatments and 10 repetitions as shown below:

  1. Imbibition 2.5 mL L

  2. Imbibition 5 mL L

  3. Imbibition 10 mL L

  4. Imbibition 15 mL L

  5. Control without bioproduct

The tomato seeds were soaked for 15 minutes. Each treatment occupied an experimental surface of 2 m2. The sowing was done with a stream with a density of approximately 250 seeds per m2, with a distance between rows of 10 cm. The data were processed through the Statgraphics Centurión program (version 15.1). The cultural attentions to the seedbed were carried out according to the norms established in the Technical Manual of the crop. Growth evaluations were carried out on 10 plants per treatment taken at random at 10, 20 and 30 days after germination (DAG), they are shown below:

  • Height (cm): with a graduated ruler, it was measured from the root neck to the axilla of the youngest leaf.

  • Root length (cm): with a graduated ruler, the main root of the crop was measured.

  • Number of leaves: visual count

  • Stem diameter (cm): with a Vernier caliper, it was measured from two centimeters from the root neck. (it was evaluated only at 20 and 30 DAG)

  • Foliar and radical dry mass (g): by weighing in an analytical balance with an accuracy of ± 0.01 mg and drying in an oven at 70 °C until constant mass.

RESULTS AND DISCUSSION

In Figure 1, the height dynamics of the tomato plants are shown, at 10, 20 and 30 days after germination. At each evaluative moment it was found that, the treatments embedded in the highest dilutions (5, 10 and 15 mL L-¹) did not present significant differences between them. However, they statistically exceed the lowest dilution (2.5 mL L-1) showing that it is necessary to evaluate a range of concentrations of the bioproduct from 5 to 15 ml L L-¹ and determine the most appropriate ones, capable of stimulating the height of the plant.

Means with common letters do not differ significantly according to Duncan's test (p≤0.05)

The height of the plant reached with the highest concentrations studied (5, 10 and 15 mL L-¹) values of around 6.75 cm at 10 days after germination, which represents an increase with respect to the control in 25.9 %. In subsequent evaluations at 20 and 30 DAG, a similar behavior was maintained with values close to 15 and 20 cm, increasing with respect to the control by 20 and 33 % respectively. Among the growth and development variables of the tomato crop, it is considered that height is the one that most influences yield 13.

According to the technical instructions for the culture, the optimal length required for transplantation is 15 cm, which was reached in the aforementioned treatments at approximately 20 days, it did not occur in the same way with the control and the 2.5 mL L-1 dilution, which they achieved values within the quality parameters to be transplanted around 30 days. It constituted a 10-day decrease in the time of permanence of the seedlings. The imbibition of the seeds in different dilutions of the MI represents an alternative for the production of seedlings with the required height in less time.

The behavior presented by the root length is shown in (Figure 2). The analysis of the length of the root referred a similar behavior to the variable height of the plant where, with the exception of the dilution of 2.5 mL L-1, the rest stimulates the root length without statistical differences between them.

Means with common letters do not differ significantly according to Duncan's test (p≤0.05)

The behavior presented by the root length could be associated with the physiological activity of the inoculated microorganisms. The well-developed root system can contribute to the absorption of greater amounts of water and nutrients. Several studies emphasize the role of Bacillus in the secretion of radical exudates that take place from the water absorption phase of the germination process until the end of its biological cycle. It causes temporary disturbances in the membrane and consequently a loss to the surrounding environment of solutes and different low molecular weight metabolites (sugars, organic acids, ions, amino acids, polypeptides among others). It can be used by the inoculated microorganisms and therefore an increase in the production of the phytohormone indoleacetic acid (IAA), a plant growth promoter compound, is obtained, which induces an increase in the number and length of root hairs 14,15.

Studies carried out by the ICIDCA report that this MI is capable of producing between 14 and 18 % of IAA, an aspect of vital importance for its application in agriculture as a biostimulant 7. This could explain the appreciable effect of dilutions with respect to the control, statistically increasing the results of the variables studied.

Tomato seeds, when hydrated under conditions of partial anoxia, present, like the generality of all crops, a triphasic pattern of water absorption, where phase I is characterized by rapid imbibition, due to purely physical factors, in particular the component matric of the water potential of the tissues. Phase II is generally a long period of water absorption and is mainly associated with metabolic events related to germination. The last stage (phase III) is associated with the emergence of the radicle, which constitutes the first visible sign of the germination process. According to these authors, root emission occurs at approximately 48 hours 16.

Therefore, according to what has been stated, it can be interpreted that the dilutions used could have decreased the frequency of these phases, causing an acceleration in root emergence and consequently an increase in radical growth with respect to the control. ICIDCA researchers presented similar results when evaluating different dilutions (5, 10, 15, 30, 75 and 125 mL L-1) of IM in the germination of chard seeds (Beta vulgaris L.). All the dilutions evaluated stimulated the germination and growth indicators of the seedlings, decreasing their effect as the concentrations increase. It reaches a germination index (GI) for 125 mL L-1 (GI) ≤ 30 %, considered very low, which can be explained by the hormesis phenomenon, where the lower the dose, the greater the stimulation and the greater the inhibition, the higher the dose 7.

Root hairs, in addition to absorbing water, play a very important role in fixing the young primary roots as they penetrate the soil. The rhizosphere can indirectly influence the absorption of water and nutrients to maintain the turgor of the aerial part and enable biochemical activities 17.

The imbibition in the product benefited the increase in the size of the root, which allows us to infer that this in turn had a determining effect on the development of the aerial part of the plants, because of the efficiency of photosynthesis and nutrition. mineral. The imbibition of the seeds in different dilutions of the IM represents an alternative for the production of seedlings with the height and root length required in less time.

In Figure 3 A and B the effect of inoculation is observed both for the variables number of leaves and for the diameter of the stem. Both figures show the last two evaluative moments (20 and 30 DAG); the evaluation of the number of leaves, carried out at 10 DAG, it is not represented in the graph, since it did not show significant differences; what could be given by the beginning of the emission of its first leaves with photosynthetic capacity.

Means with common letters do not differ significantly according to Duncan's test (p≤0.05)

When analyzing these variables together, it can be seen that in both evaluations there are significant differences between the treatments, with a tendency to increase with the application of the highest dilutions, (5, 10 and 15 mL L-1) which do not differ significantly from each other. For both variables, the lowest values correspond to the control treatment. The results at 20 DAG show that the development of the postures was favored with the application of the product in 22 and 16 % for the leaves and the diameter respectively. This last variable managed to reach at this evaluative moment with the dilutions of 5, 10 and 15 mL L-1 values of diameter between 0.27 and 0.28 cm, close to 0.3 cm value established by the Technical Instruction of the culture as optimal for transplantation.

On the other hand, with 5 mL L-1 at 30 DAG, the stimulating effect of this product is also manifested both for the number of leaves and for the diameter of the stem; both were superior to the control in 32 and 16 % respectively. The increase in both variables is important since the seedlings will have a larger leaf surface to carry out photosynthesis, which gives them a greater ability to survive in the field.

The growth of the stems requires the contribution of the photoassimilates obtained in the leaves that move through the phloem towards the consumption sites. The movement of these solutes occurs by mass flow from the source (leaves) to the sink (stems). For an efficient process of discharge of photoassimilates from the leaves to the stems, the continuous circulation of water between the xylem and the phloem is essential. Therefore, the increase in these indicators can influence the accumulation of foliar dry mass because of the balance between photosynthesis and respiration 18.

Research carried out shows that efficient microorganisms, when they are exposed to organic matter, secrete beneficial substances such as vitamins, organic acids, minerals, and antioxidants, change the micro and macro flora of the soil and improve the natural balance. The antioxidant effects promote the breakdown of organic matter and increase the humus content, all of which promote plant growth. In relation to this approach, some authors suggest that EM degrade complex proteins and carbohydrates, in addition to producing bioactive substances (vitamins, hormones, enzymes) that can stimulate the growth and activity of other species of microorganisms. This could explain the increase in the number of leaves and stem diameter obtained in this experiment 19.

The interpretation of the results obtained in relation to the foliar and root dry mass of the plants, showed in both cases that the highest increases were obtained with the dilutions 5, 10 and 15 mL L-1, treatments that do not differ significantly between them (Figure 4).

The opening or closing of the stomata is a determining aspect in the accumulation of carbon and biomass in plants, and it is closely related to the increase in leaf area. The flow of CO2 to the photosynthetic sites occurs through the stomata. If the entry of CO2 is limited because of the stomatal closure, the foliar area is reduced and therefore the dry mass production of the organs in the plants tends to decrease. Considering these criteria, it could be that the increase of these indicators in the plants of the aforementioned treatments has increased the flow of CO2 and therefore greater accumulation of foliar and radical dry mass 20.

Means with common letters do not differ significantly according to Duncan's test (p≤0.05)

It should be noted that the imbibition could have led to an effective inoculation of the seeds, which clearly shows the differences with the control treatment, in this regard a similar behavior of the control was noted in all the variables studied and in each of the evaluative moments, always below the studied treatments. Similar results when evaluating the behavior of the simple and combined foliar spraying of 10 mL L-1 of the IM + AMF in the pepper crop (Capsicum annuum L), where the height of the plants was also significantly higher, in the coinoculated treatment, even though it did not differ from IM treatment. They also reported significant results with the foliar spraying of 10 mL L-1 of the IM at 10 and 20 DAG in different horticultural crops 8.

Inoculation with efficient microorganisms (EM) to the ecosystem can improve the quality of the soils, as well as the growth, yield and properties of the crops. Studies carried out with the use of efficient microorganisms in tomato cultivation; manage to stimulate the growth and yield of the plants with significant statistical differences in relation to the control treatments. When evaluating the agro-productive behavior of Zea mays inoculated with Efficient Microorganisms, refers an increase with respect to the control, of the number of ears per plant, mass of the ears with straw and mass of the ear without straw of 15.8, 14.9 and 29.8 % respectively 21-24.

Published studies demonstrated the positive effect of 10 mL L-1 of the IM when evaluating some components of the yield in vegetables, finding that the mass and the equatorial diameter of Brassica oleracea, achieved a significant increase of 16 and 6% respectively with respect to the control. In addition, the cultivation of Lactuca sativa and Beta vulgaris increased their mass with respect to the control without bioproduct in 68 and 72 % 8.

IM contains the bacterium Bacillus subtilis (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) which is capable of secreting plant growth regulating substances. The best known are phytohormones, substances with high biological activity that, in small concentrations, influence the metabolism of plants, causing variations in their growth and development 25.

The fact that the microorganisms in these treatments have survived and adapted shows that the environment of the rhizosphere where the research was carried out has favorably influenced them. As has been reiterated in previous sections and according to the criteria of other authors, due to soil conditions, microorganisms can dominate or coexist and take forms of compensation in the present microbial context 26.

On the other hand, of the four dilutions studied in the nursery, three of them (5, 10, 15 mL L-1) were able to significantly stimulate the growth indicators of the plants with respect to the control at 10, 20 and 30 DAS, allowing produce plants in less time and with the necessary quality. However, just soaking the seeds in 5 mL L-1 for 15 minutes produced a significant saving of the product an element that from a practical point of view influenced the selection of the dilutions used.

CONCLUSION

The microbial inoculum based on Efficient Microorganisms stimulates the growth and development of tomato plants in the seedling phase, the best combination resulting in soaking them for 15 minutes in the dilution of 5 mL L-1.