Introducción
⌅El rendimiento de los cultivos suele ser el atributo en el que se centran principalmente los programas de mejoramiento y las decisiones para la selección varietal. Es el resultado final del crecimiento y de los procesos de desarrollo, que están regulados por factores genéticos, condiciones ambientales y las interacciones genotipo-ambiente a lo largo de un periodo de crecimiento de una planta (1).
El arroz (Oryza sativa L.) es el cereal de mayor consumo, después del trigo, a escala mundial, con un per cápita de 53,9 kg (2) y se espera que el consumo de arroz y trigo aumente en 1,7 y 1,0 %, respectivamente (3). En Cuba los cultivares comerciales actuales han demostrado tener un potencial de rendimiento que supera las 7 t.ha-1; sin embargo, a pesar de que en el país existen condiciones de clima y de suelo favorables para el crecimiento y desarrollo de este cereal, en los últimos cinco años el rendimiento no supera las 3,43 t ha-1 como promedio (4). Lograr altos rendimientos para satisfacer la demanda de alimentos en el caso del arroz es prioridad nacional. Desde la década de los 90 se manifiesta un retroceso en la producción cubana de arroz, obligando al país a realizar importaciones anuales superiores a los 100 millones de dólares (5).
El no cumplimiento de las normativas tecnológicas para este cultivo, así como la baja disponibilidad de insumos (fertilizantes y plaguicidas) están entre las causas que han incidido negativamente en la disminución de rendimientos en este cultivo. Ante esta problemática, una alternativa pudiera ser el uso de Trichoderma spp., pues presenta mecanismos de acción directos e indirectos como agente de control biológico y estimulador del crecimiento de las plantas. Estos microrganismos tienen la capacidad de solubilizar elementos nutritivos, que en su forma original, no son accesibles para las plantas y crear un ambiente favorable al desarrollo radical, lo que aumenta la tolerancia de la planta a estreses bióticos y abióticos (6,7), por lo que se puede considerar un bioestimulante (8).
En sentido general, Trichoderma se utiliza como control biológico contra enfermedades del suelo. El Centro Nacional de Sanidad Agropecuaria (CENSA) cuenta con cepas de Trichoderma asperellum Samuels, Lieckfeldt y Nirenberg, identificadas y caracterizadas, fisiológica y molecularmente, que han manifestado un buen control sobre agentes del suelo causantes de enfermedades en arroz, frijol y otros (9,10).
En la literatura científica es escasa la información sobre estudios que proporcionen un panorama claro de cómo Trichoderma favorece el crecimiento y el desarrollo en plantas de arroz, cultivadas bajo sistema de riego por inundación. Por lo tanto, el objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de la aplicación de dos cepas de T. asperellum en la fisiología y el rendimiento agrícola en el cultivar de arroz INCA LP-5.
Materiales y métodos
⌅La investigación se realizó en la Unidad Científico Tecnológica de Base “Los Palacios” (UCTB “Los Palacios”), Cuba, a 22°34’32.73’’ N y 83°14’11.95’’ O, perteneciente al Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), con plantas de arroz cv. INCA LP-5, las que se inocularon previo a la siembra con T. asperellum (cepas Ta.13 y Ta.78). El experimento se realizó en condiciones de campo, siempre en la misma área en los periodos poco lluviosos de los años 2016 y 2017, en un suelo que se clasificó como Gleysol Nodular Ferruginoso petroférrico (11) y se caracterizó por un pH ligeramente ácido (6,46); contenido de materia orgánica (MO) bajo (2,86); bases intercambiables con contenidos típicos para este tipo de suelo y considerados bajos; fósforo asimilable (P) bajo (46,80 mg kg-1) (12). El comportamiento de las variables meteorológicas durante el periodo experimental se registró en la Estación Meteorológica # 317 de Paso Real de San Diego en el municipio “Los Palacios” de la provincia Pinar del Río, Cuba, la cual está a una distancia promedio de 4 km.
El área experimental (0,6 ha) se preparó iniciando con la roturación del suelo hasta una profundidad de 0,20 m por la tecnología de preparación de suelo en seco, con siembra en seco a chorrillo, a una dosis de 120 kg ha-1 de semilla (5). Previo a la siembra las semillas de arroz se lavaron con agua corriente tres veces seguidas y todas las que flotaron conjuntamente con las materias extrañas en el momento del lavado se desecharon. Seguidamente se secaron las semillas a la sombra durante 24 horas; a continuación, se aplicó el biopreparado a una dosis de 5 x 106 conidios x g de semilla-1 a base de cepas de Trichoderma (Ta.13 y Ta.78) en 1 L de agua por separado, con 5 mL de adherente 810 SL, para lograr una mayor adhesión del producto a la semilla; que se cubrieron con el biopreparado por un periodo de 24 horas.
Al mismo tiempo se preparó el tratamiento estándar sin aplicación de Trichoderma (testigo), para conformar los tratamientos experimentales. Pasada las 24 horas de la aplicación se realizó la siembra en parcelas de 9 m2, siguiendo un Diseño Experimental en Bloques al Azar, con cuatro repeticiones y se utilizó un control con semilla no tratada.
Tratamientos
⌅El riego, la aplicación de herbicidas y la fertilización se realizó según Normas Técnicas para el Cultivo del Arroz (5).
Muestreo y evaluaciones
⌅En ambos años experimentales se procedió a la toma de muestras y evaluaciones, siguiendo la misma metodología. A los 120 días después de la emergencia (DDE) en la fase de maduración, se evaluó la altura de las plantas (ALT), la cual se midió en 10 plantas por réplica, para un total de 40 por tratamiento, desde la superficie del suelo hasta el extremo superior de la hoja proyectada en la misma dirección del tallo (13) y se expresó en cm.
Se determinó la presencia de Trichoderma y para ello se tomaron cinco muestras de suelo (0-10 cm) por réplica, para un total de 20 por tratamiento, cercano a la zona radical de las plantas en cada repetición. Las muestras se agitaron en un beaker y se extrajeron cinco alícuotas de 100 μL de las suspensiones de suelo (dilución 10-3) por muestra. Se sembraron en placas con medio PDA, suplementado con amoxicilina (500 mg L-1), con la finalidad de evitar la contaminación del medio (14). Posteriormente, se extrajeron cuidadosamente tres plantas por réplica, para un total de 12 por tratamientos, con la ayuda de una pala, que permitió profundizar en el suelo y así extraer la mayor masa radical posible. Se separó la parte aérea de la raíz. Las raíces se lavaron con abundante agua para eliminar el suelo adherido y se secaron con papel absorbente, después se midió el largo de la raíz que se expresó en cm. Ambas secciones de la planta se mantuvieron en estufa con tiro forzado de aire a 70 ºC hasta alcanzar masa constante, la que se midió en una balanza técnica (Denver Instrument PK-601), el resultado obtenido se expresó en g planta-1.
La cosecha del experimento se realizó a los 142 DDE, en ese momento se evaluó la cantidad de panículas por metro cuadrado (P_m2), para ello, se cortó 1 m2 de arroz por réplica, para un total de 4 m2 por tratamiento y se contabilizaron todos los tallos con espiga y sin espiga (P_inf_m2) o el número de tallos infértiles por m2 (13). Además, se cosecharon 20 panículas por réplica, para un total de 80 panículas por tratamiento.
Para determinar el rendimiento agrícola (t ha-1), se siguió la metodología propuesta por el IRRI (13). Se tomó una muestra de 4 m2 por réplica, para un total de 16 m2 por tratamiento. Las muestras se secaron al sol hasta que el porcentaje de humedad estuvo al 14 %, seguidamente se aventaron las mismas para eliminar las impurezas y se pesaron en una balanza técnica electrónica de tres cifras (Balanza Electrónica Ferton) con una precisión de 0,046 g.
Análisis estadísticos
⌅Después de comprobar los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianza (Test Bartlett's y Kolmogórov-Smirnov, respectivamente) en cada variable, se procesaron los datos mediante un Análisis de Varianza de Clasificación Simple y cuando existieron diferencias significativas, las medias se docimaron, según la Prueba de Rangos Múltiples de Duncan (p<0,05). Para realizar el análisis estadístico se utilizó el Programa STATGRAPHICS CENTURION versión 16.1 sobre Windows.
Resultados y discusión
⌅En sentido general, las variables climáticas que incidieron durante la investigación favorecieron el crecimiento y el desarrollo del cultivo. Las temperaturas no fueron extremas en el tiempo, las mínimas, en la primera etapa de crecimiento del cultivo; o sea, en la fase vegetativa hasta los 70 DDE fueron de 18,4 ºC en el año 2016 y en el 2017 de 19,2 ºC, como promedio. Sin embargo, las temperaturas se compensaron con máximas de 27,5 ºC en el año 2016 y en el 2017 de 28,6 ºC, como promedio. Estas variaciones térmicas condicionaron que el ciclo del cultivo se comportara para este cultivar (INCA LP-5) como de ciclo medio. Al respecto, se aseguró que los rangos de temperatura máxima y mínima superiores a 18 ºC y menores de 30 ºC son favorables para un desarrollo eficiente de la planta de arroz (15). Por otra parte, investigaciones realizadas demostraron que el alargamiento del ciclo para el cultivar INCA LP-5 muestran una tendencia a estar por debajo de los 20 ºC, cuando se cultiva en el periodo poco lluvioso y las temperaturas mínimas (16).
En cuanto a las precipitaciones, en el año 2016, el máximo de lluvias ocurrió en la primera decena de junio, con valores de 254,8 mm y en el 2017 fue de tan solo 129,7 mm. Durante el periodo de investigación, la Humedad Relativa en el año 2016 fluctuó entre el 66 % y el 99 % y en el 2017, entre 66 % y 90 %, valores que no constituyeron limitante para el cultivo, debido a que los rangos de variación están dentro de los parámetros permisibles para el arroz (17).
Al analizar el resultado del muestreo de suelo en función de la presencia de Trichoderma spp. en el suelo (Tabla 1), se encontró una tendencia superior de las colonias en los tratamientos donde se aplicaron las cepas de T. asperellum (Ta.13 y Ta.78). En ambos años de investigación, la mayor presencia se observó en el tratamiento Ta.78, incremento que representó un 10,11 % en el 2016, respecto al testigo. En el 2017 el incremento fue de un 14,67 % para el tratamiento Ta.78 y un 8,45 % para Ta.13 respecto al testigo.
| Tratamientos | PTS (%) | ALT (cm) | MSA (g.planta-1) | L_R (cm) | MSR (g planta-1) | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2016 | 2017 | 2016 | 2017 | 2016 | 2017 | 2016 | 2017 | 2016 | 2017 | |
| ST | 69,61 b | 78,05 c | 97,23 b | 119,47 c | 2,96 b | 3,24 b | 15,72 b | 15,67 c | 1,18 b | 1,22 b |
| Ta.13 | 71,80 b | 84,65 b | 101,30 a | 128,30 a | 3,31 ab | 3,73 ab | 20,08 a | 17,92 b | 1,28 a | 1,34 a |
| Ta.78 | 76,65 a | 89,50 a | 103,43 a | 124,43 b | 3,80 a | 4,14 a | 17,92 ab | 21,33 a | 1,33 a | 1,38 a |
| ESx | 0,788 | 0,518 | 0,865 | 0,780 | 0,193 | 0,176 | 1,091 | 1,012 | 0,023 | 0,015 |
Letras desiguales difieren significativamente según Prueba de Rangos Múltiples de Duncan para p<0,05
(PTS): presencia de Trichoderma spp. en el suelo; (ALT): altura de la planta; (MSA): masa seca aérea; (L_R): largo de la raíz; (MSR): masa seca raíz; (ST): en plantas de arroz sin inocular
La presencia de Trichoderma spp. en el suelo Gleysol sugiere la vida de estos microorganismos en estos suelos y evidenció la alta plasticidad ecológica de los mismos, pues este suelo se ha cultivado en monocultivo de arroz con dos producciones anuales cada año en la UCTB “Los Palacios” y presenta todas las características típicas para ese cultivo (18), en condiciones inundadas (5). Aun cuando estas condiciones son de anaerobiosis, especies de Trichoderma residentes (nativas) fueron capaces de colonizar el medio edáfico. Sin embargo, cabe resaltar que la inoculación mediante la imbibición de las semillas con las cepas de este hongo (Ta.13 y Ta.78) incrementó la presencia del mismo y, a su vez, promovió el crecimiento y desarrollo en la planta.
El incremento de la presencia y colonización del suelo por Trichoderma spp. en los tratamientos con T. asperellum indicaron que el manejo en condiciones de campo no limitó la multiplicación y el desarrollo del hongo, a pesar de que la lámina de agua fluctuó entre los 10 y 15 cm de profundidad. La lámina de agua permaneció en el cultivo desde que las plantas tenían cinco hojas verdaderas hasta el 50 % de maduración del grano, como se recomienda en el Instructivo Técnico del Arroz (5). Aun cuando el periodo con lámina fue superior a los 90 días no afectó la presencia y la colonización del suelo por Trichoderma spp. La supervivencia de estos hongos bajo estas condiciones, es posible porque las esporas de Trichoderma poseen una pared celular gruesa (9), que la aísla del medio ambiente y permite que sobreviva a condiciones adversas, manteniéndola en dominancia hasta que las condiciones sean propicias para la germinación. Al respeto, se aseguró que la dormancia de la espora de Trichoderma es el mecanismo principal que le permite a esta especie adaptarse a condiciones adversas (9).
Por otra parte, la aplicación de diferentes cepas de T. asperellum (Ta.13 y Ta.78), provocó diferencias en el crecimiento de la planta, respecto al testigo sin aplicación (ST), aun cuando se evidenció una tendencia en la presencia de estas cepas en el suelo. En relación al comportamiento de la altura de la planta (Tabla 2), se encontró que, en ambos años (2016 y 2017) siempre los tratamientos con T. asperellum, mostraron los valores mayores en altura respecto al testigo.
La acumulación de la masa seca aérea, largo de la raíz y masa seca de la raíz en ambos años de investigación, mostraron los mayores valores de estas variables (MSA, L_R y MSR) donde se aplicó T. asperellum (Ta.13 y Ta.78), aunque para la MSA el tratamiento con la cepa Ta.13 no mostró diferencia con el testigo (ST), igualmente sucedió para el caso del largo de la raíz en el segundo año de investigación.
El incremento que se apreció en las variables fisiológicas evaluadas (ALT, MSA y MSR) indicó el potencial de este microrganismo sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas de arroz, aun cuando este mostró un comportamiento variable, dependiendo de la cepa de Trichoderma utilizada. En cuanto a la altura de las plantas (10), se demostró en plantas jóvenes de arroz tratadas con T. asperellum un incremento significativo en la altura. Resultados similares se informaron, pero con otras cepas de Trichoderma y diferentes alturas de lámina de agua (14).
Otras causas que pudieron conducir al incremento en el crecimiento en las plantas, fue una mayor absorción de los nutrientes, a partir de la simbiosis que se crea entre éste microorganismo y la planta de arroz y la estimulación que se encontró en el crecimiento radical. Al respecto, en otras investigaciones se evidenció que algunas especies de Trichoderma promueven el crecimiento y mejoran la absorción de nutrientes (19). De ahí que, la estimulación del crecimiento puede deberse a la inhibición de patógenos menores en la raíz de la planta, a la producción de vitaminas y a la conversión de nutrientes (zinc, magnesio y potasio) en el suelo, los cuales se encuentran en una forma no asimilable para las plantas (6). También se demostró que la aplicación de Trichoderma spp. en el cultivo del maíz (Zea mays L.) colonizaron sus raíces y requirieron menos fertilizante nitrogenado, que el maíz no tratado; lo cual implicó un ahorro del 35 al 40 % de fertilizante (9).
La estimulación del crecimiento evidenció, la posible interacción positiva entre la planta y Trichoderma, la cual está regulada, para asegurar los beneficios de ambos simbiontes. La planta recibe protección y mayor cantidad de nutrientes disponibles y el hongo obtiene compuestos orgánicos y un nicho para el crecimiento. Al respecto, aseguró que es posible el estímulo del crecimiento a partir del proceso de identificación de los simbiontes vía señalización microorganismo-planta y posterior a la simbiosis la producción de hormonas relacionadas con el crecimiento de la planta (7). En relación a la producción de hormonas se aseguró que especies de Trichoderma regulan vías metabólicas, como la producción de auxinas que promueven el crecimiento de las raíces (19). Otro autor informó que Trichoderma además de competir por los nutrientes y la dominancia de la rizosfera, tiene la capacidad de multiplicarse en el suelo y colonizar las raíces de las plantas y en el proceso de multiplicación se producen hormonas de crecimiento tales como; auxina, giberilina y citoquininas que estimulan la germinación de la semilla y desarrollo de las plantas (20).
Recientes investigaciones han mostrado que, en las etapas iniciales de interacción, los metabolitos como auxinas y compuestos proteicos liberados por Trichoderma son percibidos por las raíces, alterando muchos mecanismos hormonales que controlan el crecimiento de plantas y el desarrollo bajo condiciones normales o de estrés (19). Como consecuencia, cuando el sistema radicular es colonizado, la asociación se fortalece, suministrando protección a la zona radicular contra microorganismos patógenos y también desarrollando el sistema radicular, lo que pudiera mejorar la absorción de agua y nutrientes. Además, se estimula el crecimiento vegetal y se induce resistencia contra los patógenos (7,21). Es por ello que este hongo es considerado promotor del crecimiento, a partir de la producción de metabolitos secundarios en la interacción (19).
En cuanto a los componentes del rendimiento en el cultivo del arroz, se encontró que el número de panículas por m2 (P_m2), fue superior en ambos años experimentales en los tratamientos con T. asperellum (Ta.13 y Ta.78) respecto al testigo (Tabla 2). Los mayores valores de P_m2 se corresponden con el tratamiento Ta.78. Sin embargo, el número de panículas infértiles (P_inf_m2) manifestó un comportamiento inverso en ambos años experimentales, o sea el tratamiento testigo (ST) mostró el mayor número de tallos infértiles y no hubo diferencias entre los tratamientos donde se aplicó T. asperellum (Ta.13 y Ta.78).
| Tratamientos | P_m2 | P_inf_ m2 | G_LL | G_V | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2016 | 2017 | 2016 | 2017 | 2016 | 2017 | 2016 | 2017 | |
| ST | 240,50 c | 245,25 c | 22,25 a | 29,00 a | 95,67 b | 96,40 b | 34,00 a | 26,93 a |
| Ta.13 | 252,50 b | 257,50 b | 16,75 b | 21,50 b | 105,33 a | 114,47 a | 30,67 b | 19,20 b |
| Ta.78 | 264,25 a | 267,32 a | 13,75 b | 18,25 b | 101,53 a | 118,73 a | 21,93 c | 19,93 b |
| ESx | 3,006 | 1,338 | 2,383 | 1,559 | 1,326 | 2,956 | 0,697 | 0,841 |
Letras desiguales difieren significativamente según Prueba de Rangos Múltiples de Duncan para p<0,05
(P_m2): panículas por m2; (P_inf_m2): panículas infértiles por m2; (L_P): largo de la panícula; (G_LL): granos llenos por panícula y (G_V): granos vanos por panícula; (ST): en plantas de arroz sin inocular
En cuanto a los granos llenos por panícula (G_LL) los mayores valores se encontraron en los tratamientos donde se aplicaron ambas cepas de Trichoderma (Ta.13 y Ta.78) sin diferencias entre ellos. Concerniente a los granos vanos por panícula (G_V) mostraron un comportamiento inverso a los G_LL, aunque en el primer año experimental los menores valores de G_V se correspondieron con el tratamiento donde se aplicó la cepa Ta.78.
En relación con los componentes del rendimiento agrícola, las variables que tributaron al incremento del mismo en los tratamientos inoculados con T. asperellum fueron P_m2 y GLl; y de forma inversa P_inf_m2 y G_V, los cuales están determinados por el comportamiento de las variables del crecimiento altura de las plantas, masa seca área de la planta, largo de la raíz y masa seca de la raíz, que mostraron incrementos por efecto de la aplicación de Trichoderma. Específicamente el incremento del número de panículas por planta en los tratamientos Ta.13 y Ta.78, puede estar relacionado con el desarrollo del sistema radical, expresado en este caso como MSR, tal como han señalado otros investigadores en el cultivo del arroz (22,23), quienes aseguraron una alta correlación entre el crecimiento radicular y los componentes del rendimiento agrícola.
Con relación al rendimiento agrícola en ambos años (2016 y 2017), se encontró que siempre los tratamientos donde se trató la semilla con Trichoderma fueron superiores al tratamiento testigo (Figura 1) y los mayores valores se correspondieron con el tratamiento Ta.78 en ambos años experimentales. En el año 2016 el incremento del rendimiento agrícola, respecto al testigo, en el tratamiento Ta.13 fue de 20,45 %, en el Ta.78 fue de 28,99 % y en el 2017 fue de 22,70 % para el tratamiento Ta.13 y de 29,80 % para Ta.78.
El incremento del rendimiento agrícola no se define al final de ciclo (1), se define desde el momento en que se preparan las condiciones de suelo, se le da tratamiento a la semilla, se realiza el manejo del agua de riego, se hace el control de las arvenses, la fertilización y el control fitosanitario. Lograr hacer con eficiencia todas estas actividades agrotécnicas al cultivo garantiza un mayor crecimiento y desarrollo de la planta de arroz. Los resultados alcanzados en esta investigación indicaron un manejo agronómico que permitió obtener un rendimiento superior a la media nacional (4) para el tratamiento testigo, el cual fue significativamente menor que los tratamientos donde se aplicó biopreparado de Trichoderma (cepas Ta.13 y Ta.78) a la semilla como alternativa agroecológica. El tratamiento a la semilla con Trichoderma, permitió incrementos en las variables fisiológicas en la altura de las plantas, masa seca área de la planta, largo de la raíz y masa seca de la raíz. A la vez, se contribuyó al aumento de los componentes del rendimiento (P_m2 y GLL_P), disminuyó el número de P_inf_m2 y el número de G_V por panículas. Todas estas variables están relacionadas directamente con el rendimiento agrícola alcanzado. En otras investigaciones en arroz se evidenció que la aplicación de diferentes cepas de Trichoderma en condiciones de campo, adicionalmente mostraron efecto estimulante, que se tradujo en un mayor crecimiento en la planta, lo que repercutió en el rendimiento agrícola del cultivo (7,14). Otros autores demostraron resultados similares en cuanto al potencial que tiene la aplicación de Trichoderma en promover el rendimiento en cultivos tales como, ajo “Allium sativum L.” (19), tomate “Solanum lycopersicum L.” (23) y en el caso específico del arroz “Oryza sativa L.” (14,24), pero en otras condiciones de suelo, de clima y métodos de aplicación con diferentes cepas de Trichoderma.
Conclusiones
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La aplicación de las cepas de T. asperellum (Ta13 y Ta.78), muestran una tendencia al incremento en la presencia de Trichoderma spp. en el suelo Gleysol Nodular ferruginoso petroférrico en condiciones de cultivo del arroz con riego.
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La aplicación de bioproductos a base de cepas de T. asperellum (Ta.13 y Ta.78), mediante la imbibición de la semilla por un periodo de 24 horas incrementan el crecimiento y el desarrollo de la planta de arroz, además del rendimiento agrícola entre un 20 y un 30 %.