Cultivos Tropicales Vol. 42, No. 4, octubre-diciembre 2021, ISSN: 1819-4087
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Comunicación corta

Influencia de la época de producción en la estabilidad microbiológica del biofertilizante Azofert®-S

 

iDBelkis Morales-Mena*✉:bmorales@inca.edu.cu

iDMaría Caridad Nápoles-García

iDIonel Hernández-Forte


Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km 3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700.

 

*Autor para correspondencia: bmorales@inca.edu.cu

Resumen

El objetivo del presente estudio fue evaluar la estabilidad en el tiempo de la cepa Bradyrhizobium elkanii ICA 8001, en inoculantes de Azofert®-S producidos en diferentes momentos del año. Se produjeron inoculantes en las cuatro estaciones del año y se almacenaron a temperatura ambiente. Se determinó la pureza y la concentración de la cepa bacteriana cada 30 días, durante 180 días. Los inoculantes producidos en otoño e invierno mantuvieron una concentración de la cepa B. elkanii ICA 8001 de 108 UFC por mililitro de inoculante durante 120 días, la cual resulta óptima para su uso en campo. Conocer el tiempo de caducidad del Azofert®-S permite contar con una estrategia de producción del inoculante durante todo el año, para la biofertilización del cultivo de la soya.

Palabras clave: 
Bradyrhizobium, concentración, calidad, temperatura

Recibido: 16/9/2020; Aceptado: 21/4/2021

CONTENIDO

Introducción

 

La soya (Glycine max (L.) Merrill) es una leguminosa que establece una asociación mutualista con bacterias del grupo de los rizobios, lo cual le permite asimilar parte importante del nitrógeno que necesita para satisfacer sus necesidades nutricionales (11. Ramírez-Bahena MH, Peix Á, Velázquez E, Bedmar EJ. Historia de la investigación en la simbiosis leguminosa-bacteria: una perspectiva didáctica. arbor [Internet]. 2016;192(779):a319-a319. Available from: https://arbor.revistas.csic.es/index.php/arbor/article/view/2123 ,22. Zuffo AM, Steiner F, Busch A, Zoz T. Response of early soybean cultivars to nitrogen fertilization associated with Bradyrhizobium japonicum inoculation. Pesquisa Agropecuária Tropical [Internet]. 2018;48:436-46. Available from: https://www.scielo.br/j/pat/a/8BhwhSyGQxX7rHsmRJVKWgx/abstract/?lang=en ). Este cultivo cuenta con un notable valor económico, pues constituye un alimento altamente proteico para la dieta animal y humana (33. Bernal MJG, Olmedo DR. Las leguminosas grano en la agricultura española y europea. Arbor: Ciencia, pensamiento y cultura [Internet]. 2016;192(779):2. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=5774114 ,44. Chipana Machaca G, Calle BH. Comportamiento agronómico de ocho variedades de soya (Glycine max) en relación a tres densidades de siembra, en Alto Beni-La Paz. Revista de Investigación e Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales [Internet]. 2017;4(2):37-47. Available from: http://www.scielo.org.bo/scielo.php?pid=S2409-16182017000200006&script=sci_arttext ).

Dado el aporte que realizan los rizobios en la nutrición nitrogenada de la soya, este cultivo se biofertiliza en gran parte del mundo (55. Ulzen J, Abaidoo RC, Mensah NE, Masso C, AbdelGadir AH. Bradyrhizobium inoculants enhance grain yields of soybean and cowpea in Northern Ghana. Frontiers in plant science [Internet]. 2016;7:1770. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.01770/full ), por lo que diversos biofertilizantes se comercializan con este fin (55. Ulzen J, Abaidoo RC, Mensah NE, Masso C, AbdelGadir AH. Bradyrhizobium inoculants enhance grain yields of soybean and cowpea in Northern Ghana. Frontiers in plant science [Internet]. 2016;7:1770. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.01770/full ,66. Bashan Y, de-Bashan LE, Prabhu SR. Superior polymeric formulations and emerging innovative products of bacterial inoculants for sustainable agriculture and the environment. In: Agriculturally important microorganisms [Internet]. Springer; 2016. p. 15-46. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-2576-1_2 ). Un ejemplo de ello lo constituye Azofert®-S, biofertilizante a base de la cepa Bradyrhizobium elkanii ICA 8001 y factores de nodulación, el cual se emplea como parte del manejo integrado de la soya (77. Nápoles MC, Gómez G, Costales D. Factores de nodulación. Experiencia en Cuba. Cultivos Tropicales [Internet]. 2008;29(2):71-80. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362008000200012 ).

En la elaboración de un biofertilizante, el control de calidad es fundamental para el óptimo desempeño del producto. La pureza del cultivo microbiano y la concentración celular por encima de 1 x 108 UFC mL-1 (Unidades Formadoras de Colonia por mililitro del inoculante), son los indicadores principales que determinan su calidad en la producción (88. Biradar BP, Santhosh GP. Role of polymeric additives in formulation, shelf-life and bioefficacy of liquid inoculant of Pseudomonas fluoresens. Int. J. Pure Appl. Biosci [Internet]. 2018;6:123-33. Available from: https://www.researchgate.net/profile/Santhosh-G-P/publication/327280858_Role_of_Polymeric_Additives_in_Formulation_Shelf-life_and_Bioefficacy_of_Liquid_Inoculant_of_Pseudomonas_fluorescens/links/5b8622c3299bf1d5a72eb1af/Role-of-Polymeric-Additives-in-Formulation-Shelf-life-and-Bioefficacy-of-Liquid-Inoculant-of-Pseudomonas-fluorescens.pdf ), pero es necesario establecer el tiempo de vida útil del inoculante en las condiciones de almacenamiento, lo que es vital para mantener la calidad del producto y su permanencia en el mercado. El objetivo del presente estudio fue evaluar la viabilidad en el tiempo de la cepa B. elkanii ICA 8001 en el biofertilizante Azofert®-S, cuando se produce en diferentes momentos del año y se mantiene a temperatura ambiente.

Materiales y métodos

 

Se utilizó la cepa B. elkanii ICA 8001, procedente del cepario del Laboratorio de Microbiología del Departamento de Fisiología y Bioquímica Vegetal del INCA, a partir de la cual se prepararon inoculantes en cuatro momentos: verano (agosto-febrero), otoño (octubre-abril), invierno (diciembre-junio) y primavera (mayo-octubre), entre los años 2014-2016.

Una asada de colonias puras de la cepa, conservada a 4 oC en medio Levadura-manitol (LM) (99. Vincent JM. A Manual for the Practical Study of the Root-nodu Bacteria [Internet]. International Biological Programme; 1970. Available from: https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/19710700726 ), se inoculó en Erlenmeyers de 50 mL de capacidad, que contenían 10 mL del medio de cultivo Bradyfact (77. Nápoles MC, Gómez G, Costales D. Factores de nodulación. Experiencia en Cuba. Cultivos Tropicales [Internet]. 2008;29(2):71-80. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362008000200012 ) estéril. Los frascos se mantuvieron en condiciones de agitación a 130 rpm y 28 °C, durante 72 horas. Posteriormente, se escaló la multiplicación de la bacteria a medio fresco, a razón de 1:10 (v/v), en iguales condiciones de agitación y temperatura, hasta obtener 1000 mL del inoculante. En todos los casos se emplearon frascos cuyo volumen de inóculo representara la quinta parte del volumen total de estos, para garantizar un ambiente aerobio. Los inóculos que se obtuvieron se envasaron en cinco frascos estériles de 240 mL y se conservaron a temperatura ambiente.

En el momento de la elaboración de los inoculantes y cada 30 días, durante 180 días de conservación, se eligieron tres frascos al azar y se les determinó la pureza de los cultivos mediante la Tinción de Gram. Para ello, se tuvo en cuenta las características morfológicas de las células bacterianas, la respuesta a la tinción, la presencia de endosporas y la presencia de microorganismos contaminantes (1010. Norris DO, Date RA. Legume bacteriology. In: Shaw N. H. & W. W. Bryan. Tropical pasture research: Principles and methods [Internet]. Farnham Royal, Eng; 1976. Available from: https://www.amazon.com/-/es/N-H-W-W-Bryan-Editors-Shaw/dp/0851983588 ). Además, se determinó la concentración celular, para lo cual se tomó 1 mL de inoculante y se realizaron diluciones decimales seriadas, de las cuales se sembraron 100 µL en placas con medio LM sólido y se incubaron a 30 °C durante siete días. Se determinó entonces el número de UFC mL-1, según la expresión:

U F C   m L - 1   =   N o .   c o l   x   10 - 1   x   d
 

donde:

No. Col: número de colonias

d: factor de dilución

Análisis estadístico

 

Los frascos se conservaron según diseño experimental completamente aleatorizado.

Los datos de concentración celular se procesaron por un análisis de varianza de clasificación simple. La prueba de comparación de medias de Tukey para p<0,05 se utilizó para discriminar diferencias entre tratamientos, los que correspondieron a las diferentes épocas de producción de los inoculantes (1111. Sigarroa A. Biometría y diseño experimental [Internet]. Ministerio de Educación Superior; 1985. book. Available from: https://books.google.com.cu/books/about/Biometr%C3%ADa_y_dise%C3%B1o_experimental.html?id=cUbvXwAACAAJ&redir_esc=y ). Los datos se procesaron en el programa Statgraphics Plus versión 5.1, 2001 y se graficaron en el programa Microsoft Excel, 2016.

Resultados y discusión

 

Las evaluaciones de pureza mostraron, en todos los casos, solo bacilos Gram negativos, sin endosporas, características típicas de la cepa ICA 8001 (77. Nápoles MC, Gómez G, Costales D. Factores de nodulación. Experiencia en Cuba. Cultivos Tropicales [Internet]. 2008;29(2):71-80. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362008000200012 ).

La viabilidad de la cepa en el inoculante Azofert®-S, durante el almacenamiento en las diferentes épocas, se muestra en la Figura 1. Se puede apreciar que la cepa se mantuvo en concentraciones de 1 x 108 UFC mL-1 durante los primeros 30 días de almacenamiento, en todas las épocas que se produjo. Concentraciones iguales o superiores a 1 x 108 UFC mL-1 resultan adecuadas para emplear un inoculante a base de rizobios (1212. Sanjuán J. Biofertilizantes en Iberoamérica: una visión técnica, científica y empresarial [Internet]. Editorial Universitaria (Cuba); 2008. 104 p. Available from: https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=5ufzDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PP2&dq=Biofertilizantes+en+Iberoam%C3%A9rica:+una+visi%C3%B3n+t%C3%A9cnica,+cient%C3%ADfica+y+empresarial.+1ra+ed.+Montevideo,+Uruguay:+Imprenta+Denad+Internacional+S.A%3B+2007&ots=sI_a7zW22P&sig=kTCxEVXcUcelLc9nBcUIyF2kz1A#v=onepage&q=Biofertilizantes%20en%20Iberoam%C3%A9rica%3A%20una%20visi%C3%B3n%20t%C3%A9cnica%2C%20cient%C3%ADfica%20y%20empresarial.%201ra%20ed.%20Montevideo%2C%20Uruguay%3A%20Imprenta%20Denad%20Internacional%20S.A%3B%202007&f=false ). La temperatura de almacenamiento durante este período se comportó entre los 25-32 °C, según las diferentes épocas.

El análisis estadístico se realizó en cada momento de evaluación.En las barras, medias con letras iguales no difieren estadísticamente (Tukeyp≤0,05, n=3) Las líneas representan el comportamiento de la temperatura en los diferentes períodos
Figura 1.  Viabilidad de la cepa B. elkanii ICA 8001 en el biofertilizante Azofert®-S, producido y almacenado durante 180 días, a temperatura ambiente.

Los inoculantes que se produjeron en las épocas de otoño e invierno presentaron una concentración de 108 UFC mL-1 hasta los 120 días de conservación, mientras que aquellos producidos en primavera sólo mostraron esos valores de concentración hasta los 60 días y los que fueron elaborados en verano no mantuvieron ese nivel de bacterias viables más allá de los 30 días.

A los 120 días, los inoculantes que se produjeron en la época de invierno presentaron una mayor concentración bacteriana que aquellos que se prepararon en otoño y ambos superaron los resultados de viabilidad de aquellos que se elaboraron en primavera y verano. Si tenemos en cuenta el comportamiento de la temperatura, coincide que los inóculos que se elaboraron en invierno se sometieron a los valores más bajos durante los primeros 60 días de conservación (28,7-25-25,6 °C) y en este mismo rango de tiempo, le siguen los valores de temperatura a las que fueron expuestas las muestras de la época de otoño (30,5-29,8-28,7 °C). Respuestas similares, en la conservación de inoculantes bacterianos en ambientes con valores de temperatura inferiores a 30 °C, evidencian que es posible mantener la concentración bacteriana sin variaciones significativas (1313. González Infante EJ. Modelo factorial para el control de calidad de biofertilizantes de importancia agrícola. 2017; Available from: https://repository.libertadores.edu.co/handle/11371/1318 ).

Sin embargo, los inoculantes que se produjeron durante la primavera en los dos primeros meses de conservación se sometieron a temperatura de 31,4 °C, valores que se incrementaron en los próximos tres meses, lo que sin dudas influyó en la disminución de la viabilidad bacteriana. Los inóculos que se elaboraron en verano se expusieron a 32,6 y 31,9 °C, las mayores en el momento de elaboración de todas las muestras que se analizaron en el trabajo. Se conoce el efecto negativo de la temperatura en la conservación de los inoculantes (1313. González Infante EJ. Modelo factorial para el control de calidad de biofertilizantes de importancia agrícola. 2017; Available from: https://repository.libertadores.edu.co/handle/11371/1318 ).

A pesar de la influencia negativa de la temperatura en la conservación de la cepa en estudio, especialmente en el momento de la elaboración de los productos, se pudo apreciar también que el tiempo durante el almacenamiento ejerce un efecto desfavorable en la viabilidad de esta bacteria. De manera similar, otros autores informan que el tiempo de conservación también constituye un factor importante a tener en cuenta en la supervivencia de especies como Sinorhizobium meliloti (1414. Buntić AV, Stajković-Srbinović OS, Knežević MM, Kuzmanović ĐŽ, Rasulić NV, Delić DI. Development of liquid rhizobial inoculants and pre-inoculation of alfalfa seeds. Archives of Biological Sciences [Internet]. 2019 [cited 24/08/2021];71(2):379-87. Available from: http://www.serbiosoc.org.rs/arch/index.php/abs/article/view/3503 ), Rhodotorula mucilaginosa (1515. Bautista JP, Barbosa H, Uribe-Vélez D. Prototipo de formulación a base de Rhodotorula mucilaginosa para el control de Botrytis cinerea en Rosas. Revista Colombiana de Biotecnologia [Internet]. 2016;18(2):13-23. Available from: http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0123-34752016000200003&script=sci_abstract&tlng=en ) y Pseudomonas fluorescens (1616. Biradar BP, Santhosh GP. Cell protectants, adjuvants, surfactant and preservative and their role in increasing the shelf life of liquid inoculant formulations of Pseudomonas fluorescens. Int. J. Pure Appl. Biosci [Internet]. 2018;6:116-22. Available from: https://www.researchgate.net/profile/Santhosh-G-P/publication/327237464_Cell_Protectants_Adjuvants_Surfactant_and_Preservative_and_their_Role_in_Increasing_the_Shelf_Life_of_Liquid_Inoculant_Formulations_of_Pseudomonas_fluorescens/links/5b838cdd4585151fd134fbb5/Cell-Protectants-Adjuvants-Surfactant-and-Preservative-and-their-Role-in-Increasing-the-Shelf_Life_of_Liquid_Inoculant_Formulations_of_Pseudomonas_fluorescens.pdf ).

Conclusiones

 

La estabilidad en el tiempo de la cepa B. elkanii ICA 8001, presente en inoculantes de Azofert®-S, depende de la época del año en que se elaboren, lo cual está dado por su sensibilidad a la exposición a temperaturas superiores a 31 °C.

Recomendaciones

 
  • Se recomienda producir estos inoculantes para soya en las épocas de otoño e invierno y si es necesario conservarlos a temperatura ambiente, que no sea por más de 120 días. Si se producen en primavera o verano, deben utilizarse en los primeros 60 y 30 días, respectivamente.

  • Se sugiere evaluar el efecto de compuestos preservantes en el inoculante, para extender el período de caducidad del producto.

Bibliografía

 

1. Ramírez-Bahena MH, Peix Á, Velázquez E, Bedmar EJ. Historia de la investigación en la simbiosis leguminosa-bacteria: una perspectiva didáctica. arbor [Internet]. 2016;192(779):a319-a319. Available from: https://arbor.revistas.csic.es/index.php/arbor/article/view/2123

2. Zuffo AM, Steiner F, Busch A, Zoz T. Response of early soybean cultivars to nitrogen fertilization associated with Bradyrhizobium japonicum inoculation. Pesquisa Agropecuária Tropical [Internet]. 2018;48:436-46. Available from: https://www.scielo.br/j/pat/a/8BhwhSyGQxX7rHsmRJVKWgx/abstract/?lang=en

3. Bernal MJG, Olmedo DR. Las leguminosas grano en la agricultura española y europea. Arbor: Ciencia, pensamiento y cultura [Internet]. 2016;192(779):2. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=5774114

4. Chipana Machaca G, Calle BH. Comportamiento agronómico de ocho variedades de soya (Glycine max) en relación a tres densidades de siembra, en Alto Beni-La Paz. Revista de Investigación e Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales [Internet]. 2017;4(2):37-47. Available from: http://www.scielo.org.bo/scielo.php?pid=S2409-16182017000200006&script=sci_arttext

5. Ulzen J, Abaidoo RC, Mensah NE, Masso C, AbdelGadir AH. Bradyrhizobium inoculants enhance grain yields of soybean and cowpea in Northern Ghana. Frontiers in plant science [Internet]. 2016;7:1770. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.01770/full

6. Bashan Y, de-Bashan LE, Prabhu SR. Superior polymeric formulations and emerging innovative products of bacterial inoculants for sustainable agriculture and the environment. In: Agriculturally important microorganisms [Internet]. Springer; 2016. p. 15-46. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-2576-1_2

7. Nápoles MC, Gómez G, Costales D. Factores de nodulación. Experiencia en Cuba. Cultivos Tropicales [Internet]. 2008;29(2):71-80. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362008000200012

8. Biradar BP, Santhosh GP. Role of polymeric additives in formulation, shelf-life and bioefficacy of liquid inoculant of Pseudomonas fluoresens. Int. J. Pure Appl. Biosci [Internet]. 2018;6:123-33. Available from: https://www.researchgate.net/profile/Santhosh-G-P/publication/327280858_Role_of_Polymeric_Additives_in_Formulation_Shelf-life_and_Bioefficacy_of_Liquid_Inoculant_of_Pseudomonas_fluorescens/links/5b8622c3299bf1d5a72eb1af/Role-of-Polymeric-Additives-in-Formulation-Shelf-life-and-Bioefficacy-of-Liquid-Inoculant-of-Pseudomonas-fluorescens.pdf

9. Vincent JM. A Manual for the Practical Study of the Root-nodu Bacteria [Internet]. International Biological Programme; 1970. Available from: https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/19710700726

10. Norris DO, Date RA. Legume bacteriology. In: Shaw N. H. & W. W. Bryan. Tropical pasture research: Principles and methods [Internet]. Farnham Royal, Eng; 1976. Available from: https://www.amazon.com/-/es/N-H-W-W-Bryan-Editors-Shaw/dp/0851983588

11. Sigarroa A. Biometría y diseño experimental [Internet]. Ministerio de Educación Superior; 1985. book. Available from: https://books.google.com.cu/books/about/Biometr%C3%ADa_y_dise%C3%B1o_experimental.html?id=cUbvXwAACAAJ&redir_esc=y

12. Sanjuán J. Biofertilizantes en Iberoamérica: una visión técnica, científica y empresarial [Internet]. Editorial Universitaria (Cuba); 2008. 104 p. Available from: https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=5ufzDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PP2&dq=Biofertilizantes+en+Iberoam%C3%A9rica:+una+visi%C3%B3n+t%C3%A9cnica,+cient%C3%ADfica+y+empresarial.+1ra+ed.+Montevideo,+Uruguay:+Imprenta+Denad+Internacional+S.A%3B+2007&ots=sI_a7zW22P&sig=kTCxEVXcUcelLc9nBcUIyF2kz1A#v=onepage&q=Biofertilizantes%20en%20Iberoam%C3%A9rica%3A%20una%20visi%C3%B3n%20t%C3%A9cnica%2C%20cient%C3%ADfica%20y%20empresarial.%201ra%20ed.%20Montevideo%2C%20Uruguay%3A%20Imprenta%20Denad%20Internacional%20S.A%3B%202007&f=false

13. González Infante EJ. Modelo factorial para el control de calidad de biofertilizantes de importancia agrícola. 2017; Available from: https://repository.libertadores.edu.co/handle/11371/1318

14. Buntić AV, Stajković-Srbinović OS, Knežević MM, Kuzmanović ĐŽ, Rasulić NV, Delić DI. Development of liquid rhizobial inoculants and pre-inoculation of alfalfa seeds. Archives of Biological Sciences [Internet]. 2019 [cited 24/08/2021];71(2):379-87. Available from: http://www.serbiosoc.org.rs/arch/index.php/abs/article/view/3503

15. Bautista JP, Barbosa H, Uribe-Vélez D. Prototipo de formulación a base de Rhodotorula mucilaginosa para el control de Botrytis cinerea en Rosas. Revista Colombiana de Biotecnologia [Internet]. 2016;18(2):13-23. Available from: http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0123-34752016000200003&script=sci_abstract&tlng=en

16. Biradar BP, Santhosh GP. Cell protectants, adjuvants, surfactant and preservative and their role in increasing the shelf life of liquid inoculant formulations of Pseudomonas fluorescens. Int. J. Pure Appl. Biosci [Internet]. 2018;6:116-22. Available from: https://www.researchgate.net/profile/Santhosh-G-P/publication/327237464_Cell_Protectants_Adjuvants_Surfactant_and_Preservative_and_their_Role_in_Increasing_the_Shelf_Life_of_Liquid_Inoculant_Formulations_of_Pseudomonas_fluorescens/links/5b838cdd4585151fd134fbb5/Cell-Protectants-Adjuvants-Surfactant-and-Preservative-and-their-Role-in-Increasing-the-Shelf_Life_of_Liquid_Inoculant_Formulations_of_Pseudomonas_fluorescens.pdf

Cultivos Tropicales Vol. 42, No. 4, octubre-diciembre 2021, ISSN: 1819-4087
 
Short Communication

Influence of the production season on the microbiological stability of Azofert®-S biofertilizer

 

iDBelkis Morales-Mena*✉:bmorales@inca.edu.cu

iDMaría Caridad Nápoles-García

iDIonel Hernández-Forte


Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km 3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700.

 

*Author for correspondence: bmorales@inca.edu.cu

Abstract

The objective was to evaluate the concentration of strain Bradyrhizobium elkanii ICA 8001 strain in Azofert®-S inoculants produced at different year seasons. Inoculants were produced in the four seasons of the year and stored at room temperature. Purity and bacterial strain concentration were determined every 30 days for 180 days. Inoculants produced in fall and winter maintained a strains concentration 108 CFU mL-1 for 120 days, which is optimal for field use. Knowing the effectiveness time of Azofert®-S would establish an inoculant production strategy that ensures the biofertilization of soybean.

Key words: 
Bradyrhizobium, concentration, quality, temperatura

Introduction

 

Soybean (Glycine max (L.) Merrill) is a legume that establishes a mutualistic association with concentration of rhizobia, which allows it to assimilate height nitrogen concentrations that it needs to satisfy nutritional requirements (11. Ramírez-Bahena MH, Peix Á, Velázquez E, Bedmar EJ. Historia de la investigación en la simbiosis leguminosa-bacteria: una perspectiva didáctica. arbor [Internet]. 2016;192(779):a319-a319. Available from: https://arbor.revistas.csic.es/index.php/arbor/article/view/2123 ,22. Zuffo AM, Steiner F, Busch A, Zoz T. Response of early soybean cultivars to nitrogen fertilization associated with Bradyrhizobium japonicum inoculation. Pesquisa Agropecuária Tropical [Internet]. 2018;48:436-46. Available from: https://www.scielo.br/j/pat/a/8BhwhSyGQxX7rHsmRJVKWgx/abstract/?lang=en ). This crop has a notable economic value since it constitutes a highly proteinaceous food for animal and human diet (33. Bernal MJG, Olmedo DR. Las leguminosas grano en la agricultura española y europea. Arbor: Ciencia, pensamiento y cultura [Internet]. 2016;192(779):2. Available from: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=5774114 ,44. Chipana Machaca G, Calle BH. Comportamiento agronómico de ocho variedades de soya (Glycine max) en relación a tres densidades de siembra, en Alto Beni-La Paz. Revista de Investigación e Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales [Internet]. 2017;4(2):37-47. Available from: http://www.scielo.org.bo/scielo.php?pid=S2409-16182017000200006&script=sci_arttext ).

Given the contribution made by rhizobia in the nitrogen nutrition of soybean, this crop is biofertilized in a great part of the world (55. Ulzen J, Abaidoo RC, Mensah NE, Masso C, AbdelGadir AH. Bradyrhizobium inoculants enhance grain yields of soybean and cowpea in Northern Ghana. Frontiers in plant science [Internet]. 2016;7:1770. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.01770/full ), so that several biofertilizers are commercialized for this purpose (55. Ulzen J, Abaidoo RC, Mensah NE, Masso C, AbdelGadir AH. Bradyrhizobium inoculants enhance grain yields of soybean and cowpea in Northern Ghana. Frontiers in plant science [Internet]. 2016;7:1770. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.01770/full ,66. Bashan Y, de-Bashan LE, Prabhu SR. Superior polymeric formulations and emerging innovative products of bacterial inoculants for sustainable agriculture and the environment. In: Agriculturally important microorganisms [Internet]. Springer; 2016. p. 15-46. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-10-2576-1_2 ). An example is Azofert ® -S, a biofertilizer with bacterial strain Bradyrhizobium elkanii ICA 8001 and nodulation factors, which is used as part of the integrated management of soybean (77. Nápoles MC, Gómez G, Costales D. Factores de nodulación. Experiencia en Cuba. Cultivos Tropicales [Internet]. 2008;29(2):71-80. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362008000200012 ).

In biofertilizer production, quality control is fundamental for the optimal product performance. The microbial culture purity and cell concentration above 1 x 108 CFU mL-1 (Colony Forming Units per milliliter of inoculant) are main indicators that determine its quality (88. Biradar BP, Santhosh GP. Role of polymeric additives in formulation, shelf-life and bioefficacy of liquid inoculant of Pseudomonas fluoresens. Int. J. Pure Appl. Biosci [Internet]. 2018;6:123-33. Available from: https://www.researchgate.net/profile/Santhosh-G-P/publication/327280858_Role_of_Polymeric_Additives_in_Formulation_Shelf-life_and_Bioefficacy_of_Liquid_Inoculant_of_Pseudomonas_fluorescens/links/5b8622c3299bf1d5a72eb1af/Role-of-Polymeric-Additives-in-Formulation-Shelf-life-and-Bioefficacy-of-Liquid-Inoculant-of-Pseudomonas-fluorescens.pdf ). It is necessary to establish the effectiveness time of the inoculant under storage conditions, which is very important thing to maintain the quality of the product and its permanence in the market. The objective of the present study was to evaluate the viability over time of strain B. elkanii ICA 8001 in the biofertilizer Azofert®-S, when it is produced at different year seasons and kept at room temperature.

Materials and methods

 

The strain B. elkanii ICA 8001 was used, coming from the strains collection of the Microbiology Laboratory of the Plant Physiology and Biochemistry Department, INCA. Inoculants of this strain were prepared at four times: summer (August-February), (October-April), winter (December-June) and spring (May-October), between the years 2014-2016.

Pure colonies of the strain, preserved at 4 ºC in Yeast-mannitol (YM) medium (99. Vincent JM. A Manual for the Practical Study of the Root-nodu Bacteria [Internet]. International Biological Programme; 1970. Available from: https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/19710700726 ), were inoculated into Erlenmeyers containing 10 mL of sterile Bradyfact culture medium (77. Nápoles MC, Gómez G, Costales D. Factores de nodulación. Experiencia en Cuba. Cultivos Tropicales [Internet]. 2008;29(2):71-80. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362008000200012 ). The flasks were kept under shaking conditions at 130 rpm and 28 °C, for 72 hours. The bacteria growth was scaled at 1:10 (v/v), under the same conditions of agitation and temperature, and 1000 mL of inoculant was obtained. In all cases, flasks whose inoculum volume represented one fifth of total volume of the flasks were used to guarantee an aerobic environment. The inoculants were packed in five sterile flasks (240 mL) and stored at room temperature.

When inoculants were prepared and every 30 days, during 180 days of conservation, three flasks were chosen at random and the purity of cultures was determined by Gram staining. For this purpose, morphological characteristics of bacterial cells, response to staining, presence of endospores and presence of contaminating microorganisms were taken into account (1010. Norris DO, Date RA. Legume bacteriology. In: Shaw N. H. & W. W. Bryan. Tropical pasture research: Principles and methods [Internet]. Farnham Royal, Eng; 1976. Available from: https://www.amazon.com/-/es/N-H-W-W-Bryan-Editors-Shaw/dp/0851983588 ). In addition, cell concentration was determined, for which 1 mL of inoculant was taken and serial decimal dilutions were made. One hundred microliter were cultivated on plates with solid YM medium and incubated at 30 °C, seven days. The number of CFU mL-1 was then determined, according to the expression:

C F U   m L - 1   =   N o .   c o l   x   10 - 1   x   d
 

where:

No. col: colony number

d: dilution factor

Statistical analysis

 

Cell concentration data were processed by simple rank analysis of variance. Tukey's mean comparison test for p<0.05 was used to discriminate differences between treatments, which corresponded to different inoculant production periods (1111. Sigarroa A. Biometría y diseño experimental [Internet]. Ministerio de Educación Superior; 1985. book. Available from: https://books.google.com.cu/books/about/Biometr%C3%ADa_y_dise%C3%B1o_experimental.html?id=cUbvXwAACAAJ&redir_esc=y ). Data were processed in Statgraphics Plus version 5.1, 2001 and plotted in Microsoft Excel, 2016.

Results and discussion

 

Purity evaluations showed, only Gram-negative bacilli, without endospores, which are typical characteristics of strain ICA 8001 (77. Nápoles MC, Gómez G, Costales D. Factores de nodulación. Experiencia en Cuba. Cultivos Tropicales [Internet]. 2008;29(2):71-80. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362008000200012 ).

The strain viability in Azofert®-S inoculant during storage in different periods is shown in Figure 1. The strain maintained concentrations of 1 x 108 CFU mL-1 during the first 30 days of storage, in all season of the year that it was produced. This concentrations are adequate for use the inoculants (1212. Sanjuán J. Biofertilizantes en Iberoamérica: una visión técnica, científica y empresarial [Internet]. Editorial Universitaria (Cuba); 2008. 104 p. Available from: https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=5ufzDwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PP2&dq=Biofertilizantes+en+Iberoam%C3%A9rica:+una+visi%C3%B3n+t%C3%A9cnica,+cient%C3%ADfica+y+empresarial.+1ra+ed.+Montevideo,+Uruguay:+Imprenta+Denad+Internacional+S.A%3B+2007&ots=sI_a7zW22P&sig=kTCxEVXcUcelLc9nBcUIyF2kz1A#v=onepage&q=Biofertilizantes%20en%20Iberoam%C3%A9rica%3A%20una%20visi%C3%B3n%20t%C3%A9cnica%2C%20cient%C3%ADfica%20y%20empresarial.%201ra%20ed.%20Montevideo%2C%20Uruguay%3A%20Imprenta%20Denad%20Internacional%20S.A%3B%202007&f=false ). The storage temperature during this period was between 25-32 °C, according to different seasons.

Statistical analysis was performed at each evaluation timeIn the bars, means with same letters do not differ statistically (Tukeyp≤0.05, n=3) Lines represent temperature behavior in the different seasons
Figure 1.  Viability of strain B. elkanii ICA 8001 in Azofert®-S biofertilizer, produced and stored for 180 days at room temperatura.

The inoculants produced in fall and winter had a cell concentration of 108 CFU mL-1 up to 120 days, while those produced in spring only had this concentration up to 60 days. Those produced in summer did not have that bacterial concentration beyond 30 days.

At 120 days, the inoculants produced in winter had a higher bacterial concentration than those prepared in fall, the inoculants prepared in winter and fall were subjected to lowest temperatures during the first 60 days. It is (25.6-28.7°C and 28.7- 30.5°C respectably. The bacterial inoculants conservation in temperature below 30 °C, showed that it is possible to maintain the bacterial concentration without significant variations (1313. González Infante EJ. Modelo factorial para el control de calidad de biofertilizantes de importancia agrícola. 2017; Available from: https://repository.libertadores.edu.co/handle/11371/1318 ).

However, inoculants produced during the spring, in the first two months of conservation were subjected to 31.4 °C, which increased in the next three months. This could explain the decrease of bacterial viability. The inocula that were produced in summer were maintained to temperatures above 31 °C, the highest at the time of produce of all inoculants. The negative effect of temperature on the preservation of inoculants is known (1313. González Infante EJ. Modelo factorial para el control de calidad de biofertilizantes de importancia agrícola. 2017; Available from: https://repository.libertadores.edu.co/handle/11371/1318 ).

Despite the negative influence of temperature on strain preservation, especially at the moment of product processing, it could be appreciated that time storage produce an unfavorable effect on the bacterial viability. Similarly, other authors report that storage time is an important factor to be taken into account in the survival of species such as Sinorhizobium meliloti (1414. Buntić AV, Stajković-Srbinović OS, Knežević MM, Kuzmanović ĐŽ, Rasulić NV, Delić DI. Development of liquid rhizobial inoculants and pre-inoculation of alfalfa seeds. Archives of Biological Sciences [Internet]. 2019 [cited 24/08/2021];71(2):379-87. Available from: http://www.serbiosoc.org.rs/arch/index.php/abs/article/view/3503 ), Rhodotorula mucilaginosa (1515. Bautista JP, Barbosa H, Uribe-Vélez D. Prototipo de formulación a base de Rhodotorula mucilaginosa para el control de Botrytis cinerea en Rosas. Revista Colombiana de Biotecnologia [Internet]. 2016;18(2):13-23. Available from: http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0123-34752016000200003&script=sci_abstract&tlng=en ) and Pseudomonas fluorescens (1616. Biradar BP, Santhosh GP. Cell protectants, adjuvants, surfactant and preservative and their role in increasing the shelf life of liquid inoculant formulations of Pseudomonas fluorescens. Int. J. Pure Appl. Biosci [Internet]. 2018;6:116-22. Available from: https://www.researchgate.net/profile/Santhosh-G-P/publication/327237464_Cell_Protectants_Adjuvants_Surfactant_and_Preservative_and_their_Role_in_Increasing_the_Shelf_Life_of_Liquid_Inoculant_Formulations_of_Pseudomonas_fluorescens/links/5b838cdd4585151fd134fbb5/Cell-Protectants-Adjuvants-Surfactant-and-Preservative-and-their-Role-in-Increasing-the-Shelf_Life_of_Liquid_Inoculant_Formulations_of_Pseudomonas_fluorescens.pdf ).

Conclusion

 

The stability over time of the strain B. elkanii ICA 8001, present in Azofert®-S inoculants, depends on the year season in which they are produced, which is due to their sensitivity to exposure to temperatures above 31 °C.

Recommendations

 
  • It is recommended to produce these soybean inoculants during the autumn and winter seasons and, if it is necessary to store them at room temperature, not to exceed 120 days. If they are produced in spring or summer, they should be used within the first 60 and 30 days, respectively.

  • It is suggested to evaluate the effect of preservative compounds in the inoculant in order to extend the product’s shelf life.