Cultivos Tropicales Vol. 45, No. 1, enero-marzo, 2024, ISSN: 1819-4087
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Artículo Original

Respuesta del maní (Arachis hypogaea L.) a la aplicación combinada de bioestimulantes microbianos y no microbianos

 

iDPedro Rafael Rosales Jenqui*✉:prafael@inca.edu.cu

iDIonel Hernández Fortes


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: prafael@inca.edu.cu

RESUMEN

En Cuba, la siembra y el rendimiento del maní son bajos y se producen con insumos limitados. El uso de bioestimulantes en el cultivo pudiera constituir una alternativa innovadora para contrarrestar esta problemática. En el país existen escasas investigaciones que abordan el tema. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la aplicación combinada de bioestimulantes microbianos y no microbianos en la nodulación y el crecimiento del maní. Se realizaron ensayos de inoculación en condiciones controladas donde se aplicaron inoculantes de dos cepas de rizobios, así como formulados a base de estas cepas y de Pectimorf®. Se utilizó un diseño completamente aleatorizado y, a los 45 días de la siembra, se evaluaron variables de nodulación, bioquímicas y de crecimiento en las plantas de maní. Los resultados demostraron que la aplicación de inoculantes a base de la cepa Rhizobium sp. C145 en combinación con el Pectimorf® incrementó la masa seca de los nódulos, el contenido relativo de clorofilas totales, la conductancia estomática, el contenido de nitrógeno y fósforo, así como la altura de las plantas, el largo de la raíz y el número de flores. Esta investigación es la primera evidencia en Cuba que comprueba el efecto positivo de la combinación de inoculantes bacterianos con el Pectimorf® en el cultivo del maní.

Palabras clave: 
inoculación, bioestimulantes, nodulación, Rhizobium

Recibido: 12/2/2022; Aceptado: 20/5/2022

Conflicto de intereses: Los autores declaran no tener conflicto de intereses

Contribución de los autores: Conceptualización- Pedro Rafael Rosales Jenqui. Investigación- Pedro Rafael Rosales Jenqui, Ionel Hernández Forte. Metodología-. Pedro Rafael Rosales Jenqui, Ionel Hernández Forte. Supervisión- Ionel Hernández Forte. Escritura del borrador inicial, Escritura y edición final y Curación de datos- Pedro Rafael Rosales Jenqui, Ionel Hernández Forte

Conflict of interest: The authors declare that they have no conflict of interest.

Author contributions: Conceptualization- Pedro Rafael Rosales Jenqui. Research- Pedro Rafael Rosales Jenqui, Ionel Hernández Forte. Methodology-. Pedro Rafael Rosales Jenqui, Ionel Hernández Forte. Supervision- Ionel Hernández Forte. Initial draft writing, final writing and editing, and data curation- Pedro Rafael Rosales Jenqui, Ionel Hernández Forte.

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

 

El maní o cacahuate (Arachis hypogaea L.) es una de las leguminosas más importantes, pues es el sexto cultivo oleaginoso y económico del mundo, además, resalta por su alto valor nutricional, genera empleos e ingresos (11. Montero Torres J. Importancia nutricional y económica del maní (Arachis hypogaea L.). Revista de Investigación e Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales. 2020;7(2):112-125. ISSN 2409-1618. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: http://www.scielo.org.bo/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S2409-16182020000200014&lng=es&nrm=iso&tlng=es). La producción mundial de maní se encuentra en expansión y supera los 35 millones de t, los que generan 6 millones de t de aceite (22. Ministerio de Agricultura Ganadería y Pesca. Argentina. Maní 20-21. Sistema de Información Simplificado Agrícola. 2020. Disponible en: https://www.argentina.gob.ar/sites/default/files/sisa_if_mani_20_21.pdf).

En Cuba, las producciones de maní no superan las 2 t ha-1 y se producen, fundamentalmente, por pequeños productores con bajos insumos (33. Moreno ÁAT. Uso de Abonos Orgánicos para el Desarrollo Sustentable de la Escuela Técnica Agronómica Salesiana. Revista Scientific. 2017;2(3):99-117. ISSN 2542-2987. DOI 10.29394/scientific.issn.2542-2987.2017.2.3.5.99-117. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: http://www.indteca.com/ojs/index.php/Revista_Scientific/article/view/47,44. Mujica Pérez Y, Medina Carmona A, Rodríguez Guerra E. Inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth promoting bacteria in peanut crop (Arachis hypogaea L.). Cultivos Tropicales. 2017;38(2):15-21. ISBN impreso: 0258-5936, digital: 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1357). Contar con estrategias que permitan incrementar el rendimiento del cultivo, propiciaría un impacto positivo en la sociedad y la economía cubanas. El uso de bioestimulantes microbianos y no microbianos puede constituir una alternativa innovadora para este fin.

Los bioestimulantes son microorganismos o sustancias que favorecen la nutrición de las plantas, confieren tolerancia ante el estrés abiótico e incrementan el rendimiento y la calidad de los cultivos. Además, actúan directamente en la fisiología y el metabolismo vegetal (55. Yakhin OI, Lubyanov AA, Yakhin IA, Brown PH. Biostimulants in Plant Science: A Global Perspective. Frontiers in Plant Science. 2017;7. ISSN 1664-462X. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.02049). El empleo de estos productos naturales permite disminuir el uso de fertilizantes minerales, que impactan negativamente en el ambiente y la salud (66. Bulgari R, Cocetta G, Trivellini A, Vernieri P, Ferrante A. Biostimulants and crop responses: A review. Biological Agriculture and Horticulture. 2015;31:1-17. DOI 10.1080/01448765.2014.964649. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/266786101_Biostimulants_and_crop_responses_A_review).

Los bioproductos a base de Bacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (BPCV) forman parte de los bioestimulantes microbianos. Los rizobios, son bacterias que pertenecen a este grupo y se estudian, fundamentalmente, por la simbiosis que establecen con las plantas leguminosas y por realizar la Fijación Biológica de Nitrógeno (FBN) (77. Calero Hurtado A, Pérez Díaz Y, Quintero Rodríguez E, Olivera Viciedo D, Peña Calzada K. Effect of the associated application between Rhizobium leguminosarum and efficient microorganisms on common bean production. Cienc. Tecnol. Agropecuaria. 2019;20(2):309-322. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0122-87062019000200295&lng=en&nrm=iso&tlng=en). Estudios previos comprueban un efecto positivo de la inoculación de rizobios en la nodulación y el crecimiento del cultivo del maní (88. Cardoza Rivas CJ, Ruiz Rocha RR. Evaluación de la inoculación de maní (Arachis hypogaea L.) con diferentes dosis de Bradyrhizobium spp y su influencia sobre el rendimiento en el cultivo, el Viejo - Chinandega, 2018. [en línea] [engineer]. Universidad Nacional Agraria; 2019. p. 57. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: https://repositorio.una.edu.ni/3855/,99. Guimarães SL, Bonfim-Silva EM, Souza ACP de, Simeon BG. Efficiency of Inoculation with Rhizobium in Peanuts (Arachis hypogaea L.) Grown in Brazilian Cerrado Soil. Agricultural Sciences. 2019;10(07):948. DOI 10.4236/as.2019.107072. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: http://www.scirp.org/journal/Paperabs.aspx?PaperID=93822). Sin embargo, en Cuba solo existe un antecedente de estos resultados en la leguminosa (44. Mujica Pérez Y, Medina Carmona A, Rodríguez Guerra E. Inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth promoting bacteria in peanut crop (Arachis hypogaea L.). Cultivos Tropicales. 2017;38(2):15-21. ISBN impreso: 0258-5936, digital: 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1357). El Azofert® es un inoculante comercial cubano a base de factores de nodulación y de cepas de rizobios que potencia el crecimiento y el rendimiento de leguminosas de importancia económica (1010. García MCN, Pino JCC, Onderwater R, Wattiez R, Forte IH, González LM, Vázquez MN. Señales producidas por Rhizobium leguminosarum en la interacción con frijol común (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2016;37(2):37-44. ISSN 1819-4087. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193246554005).

Por otra parte, dentro de los bioestimulantes no microbianos se distinguen una serie de productos derivados de oligosacarinas, polisacáridos y oligosacáridos naturales que forman parte de las paredes celulares de las plantas. El Pectimorf® es un producto comercial a base de oligogalacturónidos (OGAs) y su empleo atenúa el estrés abiótico en las plantas, incrementa el crecimiento y el rendimiento de cultivos como el frijol (Phaseolus vulgaris L.) y el arroz (Oryza sativa L.) (1111. Dell’Amico J, Morales D, Jerez E, Rodríguez P, Álvarez I, Martín R, Días Y. Efecto de dos variantes de riego y aplicaciones foliares de pectimorf® en el desarrollo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2017 Nov 6;38(3):129-134. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/18. Consultado el 19 de octubre de 2023.,1212. Núñez-Vázquez M, Martínez-González L, Reyes-Guerrero Y. Oligogalacturónidos estimulan el crecimiento de plántulas de arroz cultivadas en medio salino. Cultivos Tropicales. 2018 Aug 1;39(2):96-100. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1451. Consultado el 19 de octubre de 2023.).

Como parte de la estrategia para incrementar los rendimientos en cultivos priorizados y conservar el agroecosistema, se ofrecen posibilidades de combinaciones de bioestimulantes con el objetivo de potenciar mecanismos complementarios que mejoren la nutrición, el crecimiento, la resistencia a enfermedades y el rendimiento de los cultivos (1313. Rivera Espinosa R, Fernandez F, Ruiz Martinez L, González J P. Manejo, integración y beneficios del biofertilizante micorrízico EcoMic® en la producción agrícola. Ediciones INCA. 2020. p. 151. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/340223155_Manejo_integracion_y_beneficios_del_biofertilizante_micorrizico_EcoMicR_en_la_produccion_agricola. Consultado el 19 de octubre de 2023.). La aplicación del Azofert® y el Pectimorf® en el frijol provoca incrementos de la nodulación y el crecimiento (1414. Álvarez Bello I, Reynaldo Escobar IM. Pectimorf® y Azofert -F® en el crecimiento de plantas de frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2015;36(3). Disponible en: [https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1046. Consultado el 19 de octubre de 2023.). En Cuba, estos estudios no están documentados para el cultivo del maní, a pesar de sus propiedades nutricionales y su potencialidad como renglón exportable. El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de la aplicación combinada de bioestimulantes microbianos y no microbianos en la nodulación y el crecimiento del maní.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

Se realizaron ensayos de inoculación en plantas de maní cv. Cascajal Rosado, donde se aplicaron inoculantes de dos cepas de rizobios: Rhizobium sp. PL y Rhizobium sp. C145, y formulados a base de estas bacterias y de Pectimorf®. Ambas cepas provienen de nódulos de plantas de maní y forman parte de la colección de bacterias del Departamento de Fisiología y Bioquímica Vegetal, del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, de Cuba.

Los inoculantes de rizobios se prepararon a partir de una asada de las cepas, conservadas en medio Manitol-Extracto de Levadura (LM) sólido que se inocularon en frascos Erlenmeyer de 100 mL, con 10 mL del mismo medio líquido. Los cultivos se mantuvieron en agitación a 150 r min-1 y 30 ºC, durante 16 h. La pureza de los inóculos se monitoreó mediante tinción de Gram. Los inoculantes presentaron una concentración de 1,9 x 109 UFC mL-1 y 4,2 x 107 de las cepas Rhizobium sp. PL y Rhizobium sp. C145, respectivamente.

Los formulados consistieron en una mezcla de los inoculantes bacterianos con Pectimorf® (Registro No. RCF 017/18 y patente No. 22859/2003), a una concentración final de este último de 8 mg L-1. Teniendo en cuenta lo anterior, se establecieron los siguientes tratamientos que se describen en la Tabla 1.

Tabla 1.  Tratamientos realizados en los ensayos de aplicación de inoculantes y formulados a base de cepas de Rhizobium y Pectimorf®, en plantas de maní
No. Tratamientos
1 Control absoluto
2 Rhizobium sp. C145
3 Rhizobium sp. PL
4 Formulado 1 (Rhizobium sp. C145 + Pectimorf®)
5 Formulado 2 (Rhizobium sp. PL + Pectimorf®)

Las semillas de maní se colocaron sobre un sustrato de suelo Ferralítico Rojo Lixiviado típico (1515. Hernández-Jiménez A, Pérez-Jiménez JM, Bosch-Infante D, Speck NC. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales. 2019 Mar 31;40(1):a15-e15. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1504. Consultado el 19 de octubre de 2023.), en macetas de 0,27 kg de capacidad, que contenían el mismo volumen del sustrato. Algunas de las características químicas de este sustrato se resumen en la (Tabla 2).

Tabla 2.  Características químicas del suelo (profundidad: 0-20 cm)
pH H2O MO (%) P2O5 (mg 100 g-1) Ca2+ Mg2+ K+
(cmolc kg-1)
6,7 4,16 4,72 13,3 2,8 0,20

pH (Potenciometría); MO, Materia orgánica (Walkley Black); fósforo asimilable por extracción con H2SO4 0,1N (método de Oniani); cationes intercambiables por extracción con NH4Ac 1 mol L-1 a pH 7, por complejometría (Ca2+ y Mg2+) y por fotometría de llama (Na+ y K+)

Después de la siembra, las semillas de maní se inocularon con 1 mL de los inoculantes de rizobios. Los formulados se aplicaron por imbibición de las semillas de maní durante 30 min antes de la siembra. El control del experimento consistió en inocular semillas con 1 mL de medio LM estéril. Se sembraron dos semillas por maceta y siete días después de la inoculación, se realizó un raleo, dejando una planta por maceta. Las plantas crecieron en condiciones controladas (16 h luz/8 h de oscuridad, 25-27 oC, 50-70 % de humedad relativa) y se regaron todos los días con agua corriente.

A los 45 días de la siembra, se determinaron variables de nodulación, bioquímicas y de crecimiento. En el primer grupo, se determinó el número de nódulos y la masa seca de nódulos de la raíz primaria y secundarias (g). La masa seca se determinó con una balanza analítica (+ 0,1 mg) (Sartorius CPA 3245), luego de mantener los nódulos durante 72 h a 75 oC en estufa (BINDER, USA).

Las variables bioquímicas que se determinaron fueron: el contenido de nitrógeno y fósforo en las hojas de las plantas, a partir de 0,2 g de masa seca por tratamiento. Para ello, se realizó una digestión de las muestras con ácido sulfúrico y se desarrolló color con los reactivos de Nessler y azul de molibdeno para N y P, respectivamente (1616. Paneque-Pérez VM. Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos. 2010. Disponible en: https://www.semanticscholar.org/paper/Manual-de-t%C3%A9cnicas-anal%C3%ADticas-para-an%C3%A1lisis-de-y-Paneque-P%C3%A9rez/a0255840ec7a05b9386483908176c71b884f573c. Consultado el 18 de octubre de 2023.). Se determinó, además, el contenido relativo de clorofilas totales (SPAD) en la parte central sin nervadura del tercer trifolio de las hojas, para lo cual se utilizó el medidor de clorofila portátil Spad 502. La conductancia estomática (mmol m-2 s-1) se determinó a las 11:00 am, con un porómetro de difusión (Delta-T Devices modelo AP3) y las mediciones se realizaron en la zona abaxial de la tercera hoja trifoliada.

En cuanto al crecimiento de las plantas, se determinó: el área foliar total (cm2), mediante el medidor portátil AM-300, la masa seca aérea y radical (g) con balanza analítica (+ 1 mg) (Sartorius CPA 3245), luego de 72 h a 75 oC en estufa (BINDER, USA). Además, se determinó la altura (cm), desde la base del tallo hasta el brote de la hoja terminal y la longitud radical (cm), desde la base del cuello hasta la cofia de la raíz principal; con una regla graduada (+ 1 mm); el número de foliolos y el número de flores.

Análisis estadístico

 

Se empleó un diseño completamente aleatorizado con 20 plantas por tratamiento. Los datos se sometieron a la prueba de normalidad (prueba de Bartlett) y homogeneidad de varianza (prueba de Kormogorov-Smirnov). Se aplicó análisis de varianza de clasificación simple, con la prueba de comparación de medias de Tukey con p<0,05; para determinar diferencias entre las medias. Los datos se procesaron en el programa Statgraphic Plus versión 5.0 y se empleó el programa Microsoft Excel 2016 para su representación.

RESULTADOS

 

En esta investigación, se pudo comprobar el efecto de la aplicación de inoculantes a base de cepas de Rhizobium, así como de formulados de estos productos en combinación con el Pectimorf®, en variables relacionadas con la nodulación, la fisiología y el crecimiento de plantas de maní cv. Cascajal Rosado, a los 45 días de crecimiento. Los resultados mostraron que la inoculación de la cepa Rhizobium sp. C145 incrementó la masa seca de los nódulos de la raíz secundaria, respecto al control del experimento. Ninguno de los tratamientos afectó el número de nódulos y la masa seca de los nódulos de la raíz principal, ni el número de nódulos en la raíz secundaria (Tabla 3).

Tabla 3.  Efecto de inoculantes y formulados a base de cepas de Rhizobium y Pectimorf® en la nodulación de plantas de maní
Tratamientos Raíz principal Raíz secundaria
Número de nódulos Masa seca nódulos (g) Número de nódulos Masa seca nódulos (g)
Controla 18,5+1,7 0,011+0,001 22,6+2,4 0,007+0,001 b
Rhizobium sp. C145 18,4+2,0 0,012+0,002 33,4+5,7 0,013+0,002 a
Rhizobium sp. PL 20,6+2,3 0,013+0,002 23,9+5,0 0,008+0,002 b
F1b 21,2+2,4 0,009+0,001 34,3+6,5 0,004+0,001 b
F2c 16,5+0,8 0,010+0,001 24,9+4,5 0,007+0,001 b
ESx 1,9 ns 0,001 ns 5,0 ns 0,002*

aPlantas inoculadas con medio Manitol-Extracto de levadura estéril; bPlantas tratadas con el Formulado 1 (Cepa Rhizobium sp. 145+Pectimorf® 8 mg L-1); cPlantas tratadas con el Formulado 2 (Cepa Rhizobium sp. PL+ Pectimorf® 8 mg L-1); Se muestran las medias + error estándar de la media. Medias con letras iguales en la misma columna no difirieren significativamente (Tukey HSD p<0.05, n=10)

Por otra parte, el empleo de inoculantes de la cepa Rhizobium sp. C145 incrementó el contenido relativo de clorofilas totales. Todos los tratamientos incrementaron la conductancia estomática, sobre todo cuando se inoculó la cepa Rhizobium sp. C145, tratamiento con los mayores valores de la variable (Tabla 4).

Tabla 4.  Efecto de inoculantes y formulados a base de cepas de Rhizobium y Pectimorf® en variables bioquímicas de plantas de maní
Tratamientos Contenido relativo de clorofilas totales (SPAD) Conductancia estomática (mmol m2 s-1) Contenido de macronutrientes (%)
N P
Controla 39,9+1,3bc 42,6+2,6 c 3,18+0,02 c 0,38+0,03 b
Rhizobium sp. C145 45,3+1,5 a 168,9+9,1 a 3,16+0,02 c 0,48+0,04 ab
Rhizobium sp. PL 42,9+1,1 ab 132,9+4,0 b 3,17+0,01 c 0,47+0,04 ab
F1b 37,3+1,1 c 129,9+4,1 b 3,39+0,02 a 0,54+0,06 a
F2c 36,2+0,9 c 145,6+8,9 ab 3,30+0,02 b 0,43+0,03 ab
ESx 1,23* 6,3*** 0,019* 0,040*

aPlantas inoculadas con medio Manitol-Extracto de levadura estéril; bPlantas tratadas con el Formulado 1 (Cepa Rhizobium sp. C145+Pectimorf® 8 mg L-1); cPlantas tratadas con el Formulado 2 (Cepa Rhizobium sp. PL+Pectimorf® 8 mg L-1); Se muestran las medias + error estándar de la media. Medias con letras iguales en la misma columna no difirieren significativamente (Tukey HSD p<0.05, n=10)

La inoculación del formulado con la cepa Rhizobium sp. C145 produjo incrementos en el contenido de nitrógeno y fósforo en las hojas de las plantas. Un efecto similar se manifestó con el empleo de los formulados a base de la cepa Rhizobium sp. PL y el Pectimorf®, en el contenido de fósforo (Tabla 3).

También, se constataron efectos de los tratamientos en el crecimiento de las plantas de maní. Los resultados mostraron que la aplicación de los dos formulados provocó incrementos significativos en la altura. Un efecto similar se comprobó con el empleo del formulado de la cepa Rhizobium sp. C145 en el largo de las raíces (Figura 1A). Ninguno de los tratamientos afectó el número de foliolos (Figura 1B). Sin embargo, la aplicación del formulado que consistió en la mezcla de la cepa Rhizobium sp. C145 y Pectimorf®, provocó incrementos en el número de flores (Figura 1B).

Tratamiento control: plantas inoculadas con medio Manitol-Extracto de levadura estéril, F1: Formulado 1 (Cepa Rhizobium sp,, C145+Pectimorf® 8 mg L-1), F2: Formulado 2 (Cepa Rhizobium sp, PL+Pectimorf® 8 mg L-1). Las barras representan las medias + error estándar. Letras iguales, no difieren estadísticamente (Tukey HSD p<0,05, n=10)
Figura 1.  Efecto de inoculantes y formulados a base de cepas de Rhizobium y Pectimorf® en la altura, largo de raíz (A) y en el número de foliolos y de flores (B) de plantas de maní

Por último, el empleo de la cepa Rhizobium sp. PL y del formulado correspondiente produjeron plantas de maní con un área foliar menor que las del tratamiento control. Ninguno de los tratamientos afectó la masa seca de la parte aérea y radical de las plantas de maní (Tabla 5).

Tabla 5.  Efecto de inoculantes y formulados a base de cepas de Rhizobium y Pectimorf® en el crecimiento de plantas de maní
Tratamientos Área foliar (cm2) Masa seca (%)
Parte aérea Raíz
Controla 601,4+15,0 a 1,8+1,7 0,20+0,01
Rhizobium sp. C145 543,1+22,6 ab 1,8+2,0 0,18+0,01
Rhizobium sp, PL 510,8+22,8 b 2,1+2,3 0,20+0,01
F1b 560,4+15,8 ab 2,1+2,4 0,17+0,01
F2c 525,8+14,6 b 1,6+0,8 0,17+0,01
ESx 18,6* 1,9 ns 0,0014 ns

aPlantas inoculadas con medio Manitol-Extracto de levadura estéril; bPlantas tratadas con el Formulado 1 (Cepa Rhizobium sp. C145+Pectimorf® 8 mg L-1); cPlantas tratadas con el Formulado 2 (Cepa Rhizobium sp. PL+Pectimorf® 8 mg L-1). Se muestran las medias + error estándar de la media. Medias con letras iguales en la misma columna no difieren significativamente (Tukey HSD p<0,05, n=10)

DISCUSIÓN

 

Según resultados del análisis de suelo Ferralítico Rojo Lixiviado típico (Tabla 2), presentó pH ligeramente ácido, contenido alto de materia orgánica y medio de fósforo asimilable, así como bajos niveles de potasio, calcio y magnesio (1515. Hernández-Jiménez A, Pérez-Jiménez JM, Bosch-Infante D, Speck NC. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales. 2019 Mar 31;40(1):a15-e15. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1504. Consultado el 19 de octubre de 2023.)

Aunque la inoculación de la cepa Rhizobium sp. C145 no provocó un incremento en el número de nódulos de las plantas de maní, si produjo nódulos con una masa superior al del resto de los tratamientos. Investigaciones previas confirman que cepas nativas de rizobios dificultan el éxito de la inoculación, debido a la competencia de cepas nativas (1717. Fabra A, Castro S, Taurian T, Angelini J, Ibañez F, Dardanelli M, Tonelli M, Bianucci E, Valetti L. Interaction among Arachis hypogaea L. (peanut) and beneficial soil microorganisms: how much is it known? Critical Reviews in Microbiology. 2010 Aug;36(3):179-194. ISSN 1549-7828. DOI 10.3109/10408410903584863. Disponible en: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20214416/.). Sin embargo, esto no parece ser el caso de la cepa Rhizobium sp. C145.

Otro de los factores a tener en cuenta para explicar lo anterior es la especificidad de la planta y la bacteria para establecer la simbiosis (1818. López-Alcocer J de J, Lépiz-Ildefonso R, González-Eguiarte DR, Rodríguez-Macías R, López-Alcocer E. Eficiencia en fijación biológica de nitrógeno de cepas de Rhizobium spp. recolectadas en frijol cultivado y silvestre. Revista Terra Latinoamericana. 2020 Oct 11;38(4):841-852. ISBN 2395-8030. Disponible en: https://www.terralatinoamericana.org.mx/index.php/terra/article/view/654. Consultado el 16 de octubre de 2023.). El hecho de que los inoculantes a base de la cepa Rhizobium sp. C145, con menor concentración (4,2 x 107 UFC mL-1) provoquen mayor masa nodular que la aplicación de la cepa Rhizobium sp. PL, con mayor concentración (1,9 x 109 UFC mL-1); puede contribuir a explicar una mayor especificidad de la primera de estas cepas con las plantas de maní. Nódulos con mayor masa implicaría un mayor contenido de bacteroides en su interior y con ello la potenciación de la FBN (1919. López-Lara I. Rhizobium y su destacada simbiosis con plantas. Microbios. Centro de Investigaciones sobre Fijación de Nitrógeno, Universidad Nacional Autónoma de México; 2001. p. 264. ISBN 968-36-8879-9. Disponible en: http://biblioweb.tic.unam.mx/libros/microbios/Cap8/. Consultado el 19 de octubre de 2023.).

El incremento en el contenido relativo de clorofilas totales, moléculas ricas en nitrógeno, en las plantas de maní tratadas con los inoculantes de la cepa Rhizobium sp. C145, indica un efecto positivo de estos productos en la FBN. Se conoce que la síntesis de la clorofila está estrechamente relacionada con la disponibilidad de nitrógeno para la planta y la capacidad de esta para asimilarlo. La FBN permite un mayor aporte de nitrógeno, que conllevaría al incremento de la síntesis de los pigmentos fotosintéticos (2020. Koskey G, Mburu SW, Njeru EM, Kimiti JM, Ombori O, Maingi JM. Potential of Native Rhizobia in Enhancing Nitrogen Fixation and Yields of Climbing Beans (Phaseolus vulgaris L.) in Contrasting Environments of Eastern Kenya. Frontiers in Plant Science. 2017;8:443. ISSN 1664-462X. Disponible en: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2017.00443/. Consultado el 18 de octubre de 2023.).

El contenido de clorofilas y la conductancia estomática son algunos de los determinantes que rigen el proceso de fotosíntesis (2121. Azcon-Bieto J. Fundamentos de fisiologia vegetal. 2da ed. Barcelona: MC GRAW HILL Education; 2004. ISBN 978-84-481-9293-8.). Ambas variables se potencian en las plantas de maní con el empleo de la cepa Rhizobium sp. C145 y su correspondiente formulado. Con estas evidencias, plantas con un mayor contenido de clorofilas, pigmento que permitiría una mayor cosecha de radiación; y por otra parte, plantas con mayor conductancia estomática, lo que permitiría una mayor incorporación de CO2 al ciclo de Calvin, independientemente de que compartan un área foliar similar (Tabla 5); se potenciaría en ellas el proceso de la fotosíntesis (2222. París GMK. Respuestas genéticas de las plantas al estrés hídrico. 2004. p. 47. Disponible en: https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstream/handle/1992/21201/u245690.pdf?sequence=1., 2323. Anjum SA, Xie X-y, Wang L, Saleem MF, Man C, Lei W. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. Afr J Agric Res. 2011;6(9):2026-2032. ISSN 991-637X. Disponible en: https://academicjournals.org/article/article1380900919_Anjum%2520et%2520al.pdf.). Esto provocaría una mayor ganancia de esqueletos carbonados que pueden utilizarse en la síntesis de proteínas, proceso que se vería beneficiado por la actividad de esta bacteria en los nódulos de las plantas de maní. Investigaciones recientes muestran tales efectos con formulados a base de cepas de rizobios y de OGAs en el cultivo del frijol (2424. Acosta DL, Menéndez DC. Los oligogalacturónidos en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Cultivos Trop. 2018;39(2):127-134. ISSN impreso: 0258-5936, digital: 1819-4087. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v39n2/ctr20218.pdf.).

En Cuba, existe solo un estudio publicado sobre los beneficios de los bioestimulantes microbianos en el cultivo del maní. Este comprobó que la coinoculación del hongo micorrízico arbuscular Glomus cubense y el producto comercial Azofert® incrementó, significativamente, la masa seca aérea y el rendimiento del cultivo (44. Mujica Pérez Y, Medina Carmona A, Rodríguez Guerra E. Inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth promoting bacteria in peanut crop (Arachis hypogaea L.). Cultivos Tropicales. 2017;38(2):15-21. ISBN impreso: 0258-5936, digital: 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1357). Sin embargo, los resultados de esta investigación son los primeros en Cuba que demuestra tales efectos en el cultivo del maní, con la aplicación de formulados a base de bioestimulantes microbianos y no microbianos combinados. Otros estudios muestran que la aplicación combinada de Quitosano y Microorganismos Eficientes potencian el desarrollo de las plantas de frijol y maní (2525. Lambert T, Santiesteban R, Ceiro WG, Fernández ME, López G de las M, Corrales WC. Efecto de bioproductos en la producción de Phaseolus vulgaris L. y Arachis hypogea L. Rev Cienc Agríc. 2019;36(1):59-66. ISSN 2256-2273. DOI 10.22267/rcia.193601.98. Disponible en: https://revistas.udenar.edu.co/index.php/rfacia/article/view/4698.).

Por otra parte, en la presente investigación se comprobó un efecto de los formulados con Pectimorf® en el contenido de nitrógeno y fósforo de las plantas de maní. Estudios previos mostraron que la aplicación foliar de 344 mg ha-1 del bioestimulante, provocó incrementos significativos en el contenido de nitrógeno foliar en plantas de lechuga (Lactuca sativa L.), a los 12 y 30 días después de la siembra, lo que favoreció el rendimiento del cultivo (2626. Alfonso ET, Padrón JR, Peraza TT, Escobar IR, Armas MM de. Respuesta del cultivo de la lechuga (Lactuca sativa L.) a la aplicación de diferentes productos bioactivos. Cultivos Trop. 2011;32(1):77-82. Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193222352010.).

La aplicación de Pectimorf® afecta algunos procesos fisiológicos y estimula el crecimiento de frijol y papa (1111. Dell’Amico J, Morales D, Jerez E, Rodríguez P, Álvarez I, Martín R, Días Y. Efecto de dos variantes de riego y aplicaciones foliares de pectimorf® en el desarrollo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2017 Nov 6;38(3):129-134. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/18. Consultado el 19 de octubre de 2023., 2727. Martín-Martín R, Jerez-Mompie E, Morales-Guevara D, Reynaldo-Escobar I. Empleo de pectimorf® para estimular la tuberización en papa (Solanum tuberosum L.). Cultivos Trop. 2017;38(3):72-76. ISSN 0258-5936. Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S0258-59362017000300002&lng=es&nrm=iso&tlng=es.). La estimulación de este producto se atribuye a su actividad auxínica y al efecto positivo en la fotosíntesis (2828. Borges-García M, González-Paneque O, Reyes-Avalos DM, Rodríguez-González M, Villavicencio-Ramírez A, Abeal EE. Respuesta de plantas in vitro de ñame clon «blanco de guinea» al uso del pectimorf®. Cultivos Trop. 2017;38(2):129-136. ISSN 0258-5936. Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S0258-59362017000200019&lng=es&nrm=iso&tlng=pt.). Raíces más largas, como resultado del efecto del Pectimorf® explorarían mayor área de suelo, lo que propiciaría una mayor absorción de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, sobre todo, en las plantas que se trataron con el formulado de la cepa Rhizobium sp. C145.

Investigaciones previas demuestran que, como resultado del desarrollo radical, se potencia el crecimiento foliar de las plantas (1111. Dell’Amico J, Morales D, Jerez E, Rodríguez P, Álvarez I, Martín R, Días Y. Efecto de dos variantes de riego y aplicaciones foliares de pectimorf® en el desarrollo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2017 Nov 6;38(3):129-134. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/18. Consultado el 19 de octubre de 2023., 2929. Pino AS, García YB, Trujillo MM, Torres JL, Pérez MB, Sánchez YG, Cabrera AR, Vega VM, González DR, Pérez DR, Toledo MB. Efecto del Pectimorf® como biorregulador del crecimiento en la micropropagación del cultivar ‘INIVIT MX-2008’ (Xanthosoma sagittifolium (L.) Schott). Agric Trop. 2017;3(1). ISSN 2517-9292. Disponible en: http://ojs.inivit.cu/index.php?journal=inivit&page=article&op=view&path%5B%5D=66.). En la presente investigación se muestra que ninguno de los tratamientos supera a las plantas control en la masa seca de la parte aérea y radical y el número de foliolos. Sin embargo, se comprueba la actividad positiva del Pectimorf® en la altura y el largo de la raíz, efecto que no se constató sólo con el empleo de los inoculantes a base de rizobios.

La floración del maní abarca el 80 % de su ciclo evolutivo y se superpone con la fructificación (3030. Agricultura (IICA), I.I. de C. para la. y León, J. Botánica de los cultivos tropicales. 2000. Disponible en: https://repositorio.iica.int/handle/11324/7228. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. [Accepted: 2018-11-13T20:28:01Z].). Potenciar esta fase del cultivo con el empleo de productos biológicos pudiera propiciar beneficios fisiológicos que posteriormente se traducirían en un mayor rendimiento. La aplicación de formulados a base de la cepa Rhizobium sp. C145 y de Pectimorf® pueden contribuir a ese fin. Esta es la primera evidencia, en Cuba, que comprueba el efecto de la combinación de inoculantes bacterianos con el Pectimorf®, en la fase de floración del maní.

Los resultados que se presentan constituyen un acercamiento a la posibilidad de incrementar el crecimiento y el rendimiento de un cultivo poco estudiado en Cuba. El uso de la combinación de bioestimulantes de producción nacional, inocuos para el ambiente y relativamente baratos es una oportunidad atractiva que contribuya a la seguridad alimentaria del país.

CONCLUSIONES

 

El maní constituye un cultivo que no ha sido estudiado extensamente en Cuba, en comparación con otras leguminosas como el frijol y la soya. La aplicación de formulados a base de la cepa Rhizobium sp. C145 y el producto comercial Pectimorf® mostraron ser efectivos para incrementar la nodulación y el crecimiento del maní. La aplicación de estos productos a la leguminosa puede ser una opción de manejo deseable e, incluso, necesario para mejorar su nutrición y productividad.

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Cultivos Tropicales Vol. 45, No. 1, enero-marzo, 2024, ISSN: 1819-4087
 
Original Article

Response of peanut (Arachis hypogaea L.) to combined application of microbial and non-microbial biostimulants

 

iDPedro Rafael Rosales Jenqui*✉:prafael@inca.edu.cu

iDIonel Hernández Fortes


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: prafael@inca.edu.cu

ABSTRACT

In Cuba, peanut planting and yield are low and produced with limited inputs. The use of biostimulants in cultivation could constitute an innovative alternative to counteract this problem. In the country, there is little research that addresses the issue. The aim of this work was to evaluate the effect of the combined application of microbial and non-microbial biostimulants on peanut nodulation and growth. Inoculation tests were carried out under controlled conditions where inoculants of two strains of rhizobia were applied as well as formulations based on these strains and Pectimorf®. A completely randomized design was used and 45 days after sowing, nodulation, biochemical and growth variables were evaluated in peanut plants. The results showed that the application of inoculants based on the Rhizobium sp. C145 in combination with Pectimorf® increased the dry mass of the nodules, the relative content of total chlorophylls, the stomatal conductance, the content of nitrogen and phosphorus, as well as the height of the plants, the root length and the number of flowers . This research is the first evidence in Cuba that proves the positive effect of the combination of bacterial inoculants with Pectimorf® in the cultivation of peanuts.

Keywords: 
inoculation, bioproducts, nodulation, Rhizobium

INTRODUCTION

 

The peanut (Arachis hypogaea L.) is one of the most important leguminous plants because it is the sixth most important oilseed and economic crop in the world; it also stands out for its high nutritional value and generates employment and income (11. Montero Torres J. Importancia nutricional y económica del maní (Arachis hypogaea L.). Revista de Investigación e Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales. 2020;7(2):112-125. ISSN 2409-1618. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: http://www.scielo.org.bo/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S2409-16182020000200014&lng=es&nrm=iso&tlng=es). World peanut production is expanding and exceeds 35 million tons, generating 6 million tons of oil (22. Ministerio de Agricultura Ganadería y Pesca. Argentina. Maní 20-21. Sistema de Información Simplificado Agrícola. 2020. Disponible en: https://www.argentina.gob.ar/sites/default/files/sisa_if_mani_20_21.pdf).

In Cuba, peanut production does not exceed 2 t ha-1 and is mainly produced by small producers with low inputs (33. Moreno ÁAT. Uso de Abonos Orgánicos para el Desarrollo Sustentable de la Escuela Técnica Agronómica Salesiana. Revista Scientific. 2017;2(3):99-117. ISSN 2542-2987. DOI 10.29394/scientific.issn.2542-2987.2017.2.3.5.99-117. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: http://www.indteca.com/ojs/index.php/Revista_Scientific/article/view/47, 44. Mujica Pérez Y, Medina Carmona A, Rodríguez Guerra E. Inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth promoting bacteria in peanut crop (Arachis hypogaea L.). Cultivos Tropicales. 2017;38(2):15-21. ISBN impreso: 0258-5936, digital: 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1357). Strategies to increase crop yields would have a positive impact on Cuban society and economy. The use of microbial and non-microbial biostimulants can constitute an innovative alternative for this purpose.

Biostimulants are microorganisms or substances that favor plant nutrition, confer tolerance to abiotic stress and increase crop yield and quality. They also act directly on plant physiology and metabolism (55. Yakhin OI, Lubyanov AA, Yakhin IA, Brown PH. Biostimulants in Plant Science: A Global Perspective. Frontiers in Plant Science. 2017;7. ISSN 1664-462X. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2016.02049). The use of these natural products makes it possible to reduce the use of mineral fertilizers, which have a negative impact on the environment and health (66. Bulgari R, Cocetta G, Trivellini A, Vernieri P, Ferrante A. Biostimulants and crop responses: A review. Biological Agriculture and Horticulture. 2015;31:1-17. DOI 10.1080/01448765.2014.964649. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/266786101_Biostimulants_and_crop_responses_A_review).

Bioproducts based on Plant Growth Promoting Bacteria (PGB) are part of the microbial biostimulants. Rhizobia are bacteria that belong to this group and they are studied mainly for the symbiosis they establish with leguminous plants and perform Biological Nitrogen Fixation (BNF) (77. Calero Hurtado A, Pérez Díaz Y, Quintero Rodríguez E, Olivera Viciedo D, Peña Calzada K. Effect of the associated application between Rhizobium leguminosarum and efficient microorganisms on common bean production. Cienc. Tecnol. Agropecuaria. 2019;20(2):309-322. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0122-87062019000200295&lng=en&nrm=iso&tlng=en). Previous studies prove a positive effect of rhizobia inoculation on nodulation and growth of peanut crops (88. Cardoza Rivas CJ, Ruiz Rocha RR. Evaluación de la inoculación de maní (Arachis hypogaea L.) con diferentes dosis de Bradyrhizobium spp y su influencia sobre el rendimiento en el cultivo, el Viejo - Chinandega, 2018. [en línea] [engineer]. Universidad Nacional Agraria; 2019. p. 57. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: https://repositorio.una.edu.ni/3855/, 99. Guimarães SL, Bonfim-Silva EM, Souza ACP de, Simeon BG. Efficiency of Inoculation with Rhizobium in Peanuts (Arachis hypogaea L.) Grown in Brazilian Cerrado Soil. Agricultural Sciences. 2019;10(07):948. DOI 10.4236/as.2019.107072. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: http://www.scirp.org/journal/Paperabs.aspx?PaperID=93822). However, in Cuba there is only one antecedent of these results in leguminous plants (44. Mujica Pérez Y, Medina Carmona A, Rodríguez Guerra E. Inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth promoting bacteria in peanut crop (Arachis hypogaea L.). Cultivos Tropicales. 2017;38(2):15-21. ISBN impreso: 0258-5936, digital: 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1357). Azofert® is a Cuban commercial inoculant based on nodulation factors and rhizobial strains that enhances the growth and yield of economically important legumes (1010. García MCN, Pino JCC, Onderwater R, Wattiez R, Forte IH, González LM, Vázquez MN. Señales producidas por Rhizobium leguminosarum en la interacción con frijol común (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2016;37(2):37-44. ISSN 1819-4087. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193246554005).

On the other hand, within the non-microbial biostimulants, a series of products derived from oligosaccharins, polysaccharides and natural oligosaccharides that are part of the cell walls of plants can be distinguished. Pectimorf® is a commercial product based on oligogalacturonides (OGAs) and its use attenuates abiotic stress in plants, increases growth and yield of crops such as beans (Phaseolus vulgaris L.) and rice (Oryza sativa L.) (1111. Dell’Amico J, Morales D, Jerez E, Rodríguez P, Álvarez I, Martín R, Días Y. Efecto de dos variantes de riego y aplicaciones foliares de pectimorf® en el desarrollo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2017 Nov 6;38(3):129-134. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/18. Consultado el 19 de octubre de 2023., 1212. Núñez-Vázquez M, Martínez-González L, Reyes-Guerrero Y. Oligogalacturónidos estimulan el crecimiento de plántulas de arroz cultivadas en medio salino. Cultivos Tropicales. 2018 Aug 1;39(2):96-100. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1451. Consultado el 19 de octubre de 2023.).

As part of the strategy to increase yields in priority crops and conserve the agroecosystem, biostimulant combinations are offered to enhance complementary mechanisms that improve nutrition, growth, disease resistance and crop yield (1313. Rivera Espinosa R, Fernandez F, Ruiz Martinez L, González J P. Manejo, integración y beneficios del biofertilizante micorrízico EcoMic® en la producción agrícola. Ediciones INCA. 2020. p. 151. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/340223155_Manejo_integracion_y_beneficios_del_biofertilizante_micorrizico_EcoMicR_en_la_produccion_agricola. Consultado el 19 de octubre de 2023.). The application of Azofert® and Pectimorf® in beans causes increases in nodulation and growth (1414. Álvarez Bello I, Reynaldo Escobar IM. Pectimorf® y Azofert -F® en el crecimiento de plantas de frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2015;36(3). Disponible en: [https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1046. Consultado el 19 de octubre de 2023.). In Cuba, these studies do not exist for the peanut crop, in spite of its nutritional properties and its potential as an exportable crop. The objective of the present study was to evaluate the effect of the combined application of microbial and non-microbial biostimulants on peanut nodulation and growth.

MATERIALS AND METHODS

 

Inoculation trials were carried out on peanut plants cv. Cascajal Rosado, where inoculants of two rhizobial strains were applied: Rhizobium sp. PL and Rhizobium sp. C145, and formulations based on these bacteria and Pectimorf®. Both strains come from peanut plant nodules and are part of the bacterial collection of the Department of Plant Physiology and Biochemistry of the National Institute of Agricultural Sciences of Cuba.

Rhizobial inoculants were prepared from a roast of strains, preserved in solid Mannitol-Yeast Extract (LM) medium, which were inoculated in 100 mL Erlenmeyer flasks with 10 mL of the same liquid medium. The cultures were kept in agitation at 150 r min-1 and 30 ºC, for 16 h. The purity of inoculants was monitored by Gram staining. The inoculants presented a concentration of 1.9 x 109 CFU mL-1 and 4.2 x 107 of Rhizobium sp. PL and Rhizobium sp. C145 strains, respectively.

The formulations consisted of a mixture of the bacterial inoculants with Pectimorf® (Registration No. RCF 017/18 and patent No. 22859/2003), at a final concentration of the latter of 8 mg L-1. Taking into account the above, the following treatments were established, as described in Table 1

Table 1.  Treatments carried out in the inoculant application trials and formulations based on Rhizobium and Pectimorf® strains on peanut plants
No. Treatment
1 Absolute control
2 Rhizobium sp. C145
3 Rhizobium sp. PL
4 Formulated 1 (Rhizobium sp. C145 + Pectimorf®)
5 Formulated 2 (Rhizobium sp. PL + Pectimorf®)

Peanut seeds were placed on a typical Ferrallitic Red Leached soil substrate (1515. Hernández-Jiménez A, Pérez-Jiménez JM, Bosch-Infante D, Speck NC. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales. 2019 Mar 31;40(1):a15-e15. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1504. Consultado el 19 de octubre de 2023.) in 0.27 kg pots containing the same volume of substrate (Tabla 2).

Table 2.  Soil chemical characteristics (depth: 0-20 cm)
pH H2O OM (%) P2O5 (mg 100 g-1) Ca2+ Mg2+ K+
(cmolc kg-1)
6.7 4.16 4.72 13.3 2.8 0.20

pH (potentiometry); OM, organic matter (Walkley Black); assimilable phosphorus by extraction with H2SO4 0.1N (Oniani's method); exchangeable cations by extraction with NH4Ac 1 mol L-1 at pH 7, by complexometry (Ca2+ and Mg2+) and by flame photometry (Na+ and K+)

After sowing, peanut seeds were inoculated with 1 mL of rhizobia inoculants. The formulations were applied by imbibing the peanut seeds for 30 min before sowing. The experimental control consisted of inoculating seeds with 1 mL of sterile LM medium. Two seeds per pot were sown and seven days after inoculation, thinning was performed, leaving one plant per pot. Plants were grown under controlled conditions 16 h light/8 h dark, 25-27 ºC, 50-70 % relative humidity and watered every day with tap water.

Nodulation, biochemical and growth variables were determined 45 days after planting. In the first group, the number of nodules and the dry mass of primary and secondary root nodules (g) were determined. Dry mass was determined with an analytical balance (+ 0.1 mg) (Sartorius CPA 3245), after keeping the nodules for 72 h at 75 ºC in an oven (BINDER, USA).

The biochemical variables determined were: nitrogen and phosphorus content in plant leaves, from 0.2 g of dry mass per treatment. For this purpose, the samples were digested with sulfuric acid and color was developed with Nessler's reagents and molybdenum blue for N and P, respectively (1616. Paneque-Pérez VM. Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos. 2010. Disponible en: https://www.semanticscholar.org/paper/Manual-de-t%C3%A9cnicas-anal%C3%ADticas-para-an%C3%A1lisis-de-y-Paneque-P%C3%A9rez/a0255840ec7a05b9386483908176c71b884f573c. Consultado el 18 de octubre de 2023.). The relative total chlorophyll content (SPAD) in the central unveined part of the third leaf midrib was also determined using the Spad 502 portable chlorophyll meter. Stomatic conductance (mmol m-2 s-1) was determined at 11:00 am, with a diffusion porometer (Delta-T Devices model AP3) and measurements were made in the abaxial zone of the third trifoliate leaf.

Regarding plant growth, the following were determined: total leaf area (cm2), using the AM-300 portable meter, aerial and root dry mass (g) with an analytical balance (+ 1 mg) (Sartorius CPA 3245), after 72 h at 75 ºC in an oven (BINDER, USA). In addition, the height (cm), from the base of the stem to the terminal leaf bud and the root length (cm), from the base of the collar to the main root cap, were determined with a graduated ruler (+ 1 mm); the number of leaflets and the number of flowers.

Statistical analysis

 

A completely randomized design with 20 plants per treatment was used. Data were tested for normality (Bartlett's test) and homogeneity of variance (Kormogorov-Smirnov test). Analysis of variance of simple classification was applied, with Tukey's mean comparison test with p<0.05; to determine differences between means. The data were processed in Statgraphic Plus version 5.0 and Microsoft Excel 2016 was used for their representation.

RESULTS

 

In this research, it was possible to verify the effect of the application of inoculants based on Rhizobium strains, as well as formulations of these products in combination with Pectimorf®, on variables related to nodulation, physiology and growth of peanut plants cv. Cascajal Rosado, at 45 days of growth. The results showed that the inoculation of the Rhizobium sp. C145 strain increased the dry mass of the secondary root nodules, with respect to the experimental control. None of treatments affected the number of nodules and the dry mass of nodules in the main root, nor the number of nodules in the secondary root (Table 3).

Table 3.  Effect of inoculants and formulations based on Rhizobium and Pectimorf® strains on nodulation of peanut plants
Treatments Main root Secondary root
Number of nodules Dry mass of nodules (g) Number of nodules Dry mass of nodules (g)
Controla 18.5+1.7 0.011+0.001 22.6+2.4 0.007+0.001 b
Rhizobium sp. C145 18.4+2.0 0.012+0.002 33.4+5.7 0.013+0.002 a
Rhizobium sp. PL 20.6+2.3 0.013+0.002 23.9+5.0 0.008+0.002 b
F1b 21.2+2.4 0.009+0.001 34.3+6.5 0.004+0.001 b
F2c 16.5+0.8 0.010+0.001 24.9+4.5 0.007+0.001 b
ESx 1.9 ns 0.001 ns 5.0 ns 0.002*

aPlants inoculated with Manitol medium - sterile yeast extract; bPlants treated with Formulate 1 (Rhizobium sp. C145+Pectimorf® 8 mg L-1; cPlants treated with Formula 2 (Rhizobium sp. PL+ Pectimorf® 8 mg L-1); Means + standard error of the mean are shown. Means with equal letters in the same column do not differ significantly (Tukey HSD p<0.05, n=10)

On the other hand, the use of Rhizobium sp. C145 strain inoculants increased the relative content of total chlorophylls. All treatments increased stomatal conductance, especially when the Rhizobium sp. C145 strain was inoculated, the treatment with the highest values of this variable (Table 4).

Table 4.  Effect of inoculants and formulations based on Rhizobium and Pectimorf® strains on biochemical variables of peanut plants
Treatments Relative total chlorophyll content (SPAD) Stomatal conductance (mmol m2 s-1) Macronutrient content (%)
N P
Controla 39.9+1.3bc 42.6+2.6 c 3.18+0.02 c 0.38+0.03 b
Rhizobium sp. C145 45.3+1.5 a 168.9+9.1 a 3.16+0.02 c 0.48+0.04 ab
Rhizobium sp. PL 42.9+1.1 ab 132.9+4.0 b 3.17+0.01 c 0.47+0.04 ab
F1b 37.3+1.1 c 129.9+4.1 b 3.39+0.02 a 0.54+0.06 a
F2c 36.2+0.9 c 145.6+8.9 ab 3.30+0.02 b 0.43+0.03 ab
SEx 1.23* 6.3*** 0.019* 0.040*

aPlants inoculated with Manitol medium - sterile yeast extract; bPlants treated with Formulation 1 (Rhizobium sp. C145+Pectimorf® 8 mg L-1); cPlants treated with Formulation 2 (Rhizobium sp. PL+Pectimorf® 8 mg L-1); Means + standard error of the mean are shown. Means with equal letters in the same column do not differ significantly (Tukey HSD p<0.05. n=10)

Inoculation of the formulation with the Rhizobium sp. C145 strain produced increases in nitrogen and phosphorus content in plant leaves. A similar effect was observed with the use of formulations based on Rhizobium sp. PL and Pectimorf® on phosphorus content (Table 3).

Treatment effects on the growth of peanut plants were also observed. The results showed that the application of the two formulations caused significant increases in height. A similar effect was found with the use of the Rhizobium sp. C145 strain formulation on root length (Figure 1A). None of the treatments affected the number of leaflets (Figure 1B). However, the application of the formulated mixture of Rhizobium sp. C145 and Pectimorf® caused an increase in the number of flowers (Figure 1B).

Control treatment: plants inoculated with Manitol medium - sterile yeast extract. F1: Formulated 1 (Rhizobium sp strain. PL+Pectimorf® 8 mg L-1. F2: Formulated 2 (Rhizobium sp strain. PL+Pectimorf® 8 mg L-1). C145+Pectimorf® 8 mg L-1). F2: Formulated 2 (Rhizobium sp strain. PL+Pectimorf® 8 mg L-1). Bars represent means + standard error. Equal letters. Not statistically different (Tukey HSD p<0.05n=10)
Figure 1.  Effect of inoculants and formulations based on Rhizobium and Pectimorf® strains on height, root length (A) and on the number of leaflets and flowers (B) of plants of peanut

Finally, the use of the Rhizobium sp. PL strain and the corresponding formulation produced peanut plants with a smaller leaf area than those of the control treatment. None of treatments affected the dry mass of the aerial and root parts of peanut plants (Table 5).

Table 5.  Effect of inoculants and formulations based on Rhizobium and Pectimorf® strains on the growth of peanut plants
Treatments Leaf area (cm2) Dry mass (%)
Aerial part Root
Controla 601.4+15.0 a 1.8+1.7 0.20+0.01
Rhizobium sp. C145 543.1+22.6 ab 1.8+2.0 0.18+0.01
Rhizobium sp. PL 510.8+22.8 b 2.1+2.3 0.20+0.01
F1b 560.4+15.8 ab 2.1+2.4 0.17+0.01
F2c 525.8+14.6 b 1.6+0.8 0.17+0.01
SE x 18.6* 1.9 ns 0.0014 ns

aPlants inoculated with Manitol medium - sterile yeast extract; bPlants treated with Formulation 1 (Rhizobium sp. C145+Pectimorf® 8 mg L-1); cPlants treated with Formulation 2 (Rhizobium sp. PL+Pectimorf® 8 mg L-1); Means + standard error of the mean are shown. Means with equal letters in the same column do not differ significantly (Tukey HSD p<0.05. n=10)

DISCUSSION

 

According to the results of the typical Ferrallitic Red Leached soil analysis (Table 2) it presented slightly acid pH, high content of organic matter and medium assimilable phosphorus, as well as low levels of potassium, calcium and magnesium (1515. Hernández-Jiménez A, Pérez-Jiménez JM, Bosch-Infante D, Speck NC. La clasificación de suelos de Cuba: énfasis en la versión de 2015. Cultivos Tropicales. 2019 Mar 31;40(1):a15-e15. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1504. Consultado el 19 de octubre de 2023.).

Although the inoculation of Rhizobium sp. C145 did not cause an increase in the number of nodules on peanut plants, it produced nodules with a higher mass than the rest of the treatments. Previous research confirms that native rhizobial strains hinder inoculation success due to competition from native strains (1717. Fabra A, Castro S, Taurian T, Angelini J, Ibañez F, Dardanelli M, Tonelli M, Bianucci E, Valetti L. Interaction among Arachis hypogaea L. (peanut) and beneficial soil microorganisms: how much is it known? Critical Reviews in Microbiology. 2010 Aug;36(3):179-194. ISSN 1549-7828. DOI 10.3109/10408410903584863. Disponible en: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20214416/.). However, this does not seem to be the case with Rhizobium sp. strain C145.

Another factor to be taken into account to explain the above is the specificity of the plant and the bacterium to establish symbiosis (1818. López-Alcocer J de J, Lépiz-Ildefonso R, González-Eguiarte DR, Rodríguez-Macías R, López-Alcocer E. Eficiencia en fijación biológica de nitrógeno de cepas de Rhizobium spp. recolectadas en frijol cultivado y silvestre. Revista Terra Latinoamericana. 2020 Oct 11;38(4):841-852. ISBN 2395-8030. Disponible en: https://www.terralatinoamericana.org.mx/index.php/terra/article/view/654. Consultado el 16 de octubre de 2023.). The fact that inoculants based on Rhizobium sp. C145 strain, with lower concentration (4.2 x 107 CFU mL-1) causes greater nodular mass than the application of Rhizobium sp. PL strain, with higher concentration (1.9 x 109 CFU mL-1); may contribute to explain a greater specificity of the first of these strains with peanut plants. Nodules with greater mass would imply a greater content of bacteroids in their interior and with it the potentiation of the BNF (1919. López-Lara I. Rhizobium y su destacada simbiosis con plantas. Microbios. Centro de Investigaciones sobre Fijación de Nitrógeno, Universidad Nacional Autónoma de México; 2001. p. 264. ISBN 968-36-8879-9. Disponible en: http://biblioweb.tic.unam.mx/libros/microbios/Cap8/. Consultado el 19 de octubre de 2023.).

The increase in the relative content of total chlorophylls, nitrogen-rich molecules, in peanut plants treated with inoculants of Rhizobium sp. strain C145 indicates a positive effect of these products on BNF. Chlorophyll synthesis is known to be closely related to the availability of nitrogen to the plant and the plant's ability to assimilate it. BNF allows a higher nitrogen supply, which would lead to an increase in photosynthetic pigment synthesis (2020. Koskey G, Mburu SW, Njeru EM, Kimiti JM, Ombori O, Maingi JM. Potential of Native Rhizobia in Enhancing Nitrogen Fixation and Yields of Climbing Beans (Phaseolus vulgaris L.) in Contrasting Environments of Eastern Kenya. Frontiers in Plant Science. 2017;8:443. ISSN 1664-462X. Disponible en: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2017.00443/. Consultado el 18 de octubre de 2023..

Chlorophyll content and stomatal conductance are some of the determinants that govern the photosynthesis process (2121. Azcon-Bieto J. Fundamentos de fisiologia vegetal. 2da ed. Barcelona: MC GRAW HILL Education; 2004. ISBN 978-84-481-9293-8.). Both variables are enhanced in peanut plants with the use of Rhizobium sp. C145 strain and its corresponding formulate. With this evidence, plants with a higher content of chlorophylls, a pigment that would allow a greater radiation harvest; and on the other hand, plants with greater stomatal conductance. which would allow a greater incorporation of CO2 into the Calvin cycle, regardless of sharing a similar leaf area (Table 5), would enhance the photosynthesis process in them (2222. París GMK. Respuestas genéticas de las plantas al estrés hídrico. 2004. p. 47. Disponible en: https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstream/handle/1992/21201/u245690.pdf?sequence=1., 2323. Anjum SA, Xie X-y, Wang L, Saleem MF, Man C, Lei W. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. Afr J Agric Res. 2011;6(9):2026-2032. ISSN 991-637X. Disponible en: https://academicjournals.org/article/article1380900919_Anjum%2520et%2520al.pdf.). This would lead to a greater gain of carbon skeletons that can be used in protein synthesis, a process that would benefit from the activity of this bacterium in the nodules of peanut plants. Recent research shows such effects with formulations based on rhizobia strains and OGAs in the cultivation of beans (2424. Acosta DL, Menéndez DC. Los oligogalacturónidos en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Cultivos Trop. 2018;39(2):127-134. ISSN impreso: 0258-5936, digital: 1819-4087. Disponible en: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v39n2/ctr20218.pdf.).

In Cuba, there is only one published study on the benefits of microbial biostimulants in peanut cultivation. This study showed that the co-inoculation of the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus cubense and the commercial product Azofert® significantly increased aerial dry mass and crop yield (44. Mujica Pérez Y, Medina Carmona A, Rodríguez Guerra E. Inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi and plant growth promoting bacteria in peanut crop (Arachis hypogaea L.). Cultivos Tropicales. 2017;38(2):15-21. ISBN impreso: 0258-5936, digital: 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1357). However, the results of this research are the first in Cuba to demonstrate such effects in peanut crops, with the application of formulations based on combined microbial and non-microbial biostimulants. Other studies show that the combined application of Chitosan and Efficient Microorganisms potentiate the development of bean and peanut plants (2525. Lambert T, Santiesteban R, Ceiro WG, Fernández ME, López G de las M, Corrales WC. Efecto de bioproductos en la producción de Phaseolus vulgaris L. y Arachis hypogea L. Rev Cienc Agríc. 2019;36(1):59-66. ISSN 2256-2273. DOI 10.22267/rcia.193601.98. Disponible en: https://revistas.udenar.edu.co/index.php/rfacia/article/view/4698.).

On the other hand, in the present investigation, an effect of formulations with Pectimorf® on the nitrogen and phosphorus content of peanut plants was proven. Previous studies showed that the foliar application of 344 mg ha-1 of the biostimulant caused significant increases in foliar nitrogen content in lettuce plants (Lactuca sativa L.). 12 and 30 days after sowing, which enhanced crop yield (2626. Alfonso ET, Padrón JR, Peraza TT, Escobar IR, Armas MM de. Respuesta del cultivo de la lechuga (Lactuca sativa L.) a la aplicación de diferentes productos bioactivos. Cultivos Trop. 2011;32(1):77-82. Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193222352010.).

On the other hand, in the present investigation, an effect of formulations with Pectimorf® on the nitrogen and phosphorus content of peanut plants was verified. Previous studies showed that the foliar application of 344 mg ha-1 of the biostimulant caused significant increases in foliar nitrogen content in lettuce plants (Lactuca sativa L.). 12 and 30 days after sowing, which favored crop yield (2626. Alfonso ET, Padrón JR, Peraza TT, Escobar IR, Armas MM de. Respuesta del cultivo de la lechuga (Lactuca sativa L.) a la aplicación de diferentes productos bioactivos. Cultivos Trop. 2011;32(1):77-82. Disponible en: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193222352010.).

The application of Pectimorf® affects some physiological processes and stimulates the growth of beans and potatoes (1111. Dell’Amico J, Morales D, Jerez E, Rodríguez P, Álvarez I, Martín R, Días Y. Efecto de dos variantes de riego y aplicaciones foliares de pectimorf® en el desarrollo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2017 Nov 6;38(3):129-134. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/18. Consultado el 19 de octubre de 2023., 2727. Martín-Martín R, Jerez-Mompie E, Morales-Guevara D, Reynaldo-Escobar I. Empleo de pectimorf® para estimular la tuberización en papa (Solanum tuberosum L.). Cultivos Trop. 2017;38(3):72-76. ISSN 0258-5936. Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S0258-59362017000300002&lng=es&nrm=iso&tlng=es.). The stimulation of this product is attributed to its auxinic activity and positive effect on photosynthesis (2828. Borges-García M, González-Paneque O, Reyes-Avalos DM, Rodríguez-González M, Villavicencio-Ramírez A, Abeal EE. Respuesta de plantas in vitro de ñame clon «blanco de guinea» al uso del pectimorf®. Cultivos Trop. 2017;38(2):129-136. ISSN 0258-5936. Disponible en: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S0258-59362017000200019&lng=es&nrm=iso&tlng=pt.). Longer roots, as a result of Pectimorf® effect would explore a larger soil area, which would lead to a greater absorption of nutrients such as nitrogen and phosphorus, especially in plants treated with the Rhizobium sp. strain C145.

Previous research shows that as a result of root development, plant leaf growth is enhanced (1111. Dell’Amico J, Morales D, Jerez E, Rodríguez P, Álvarez I, Martín R, Días Y. Efecto de dos variantes de riego y aplicaciones foliares de pectimorf® en el desarrollo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2017 Nov 6;38(3):129-134. ISSN 1819-4087. Disponible en: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/18. Consultado el 19 de octubre de 2023., 2929. Pino AS, García YB, Trujillo MM, Torres JL, Pérez MB, Sánchez YG, Cabrera AR, Vega VM, González DR, Pérez DR, Toledo MB. Efecto del Pectimorf® como biorregulador del crecimiento en la micropropagación del cultivar ‘INIVIT MX-2008’ (Xanthosoma sagittifolium (L.) Schott). Agric Trop. 2017;3(1). ISSN 2517-9292. Disponible en: http://ojs.inivit.cu/index.php?journal=inivit&page=article&op=view&path%5B%5D=66.). In the present investigation it is shown that none of treatments exceeds the control plants in the dry mass of the aerial and root part and the number of leaflets. However, the positive activity of Pectimorf® on root height and length was observed, an effect that was not observed with the use of rhizobium-based inoculants alone.

Peanut flowering covers 80 % of its development cycle and overlaps with fruiting (3030. Agricultura (IICA), I.I. de C. para la. y León, J. Botánica de los cultivos tropicales. 2000. Disponible en: https://repositorio.iica.int/handle/11324/7228. [Consultado: 19 de octubre de 2023]. [Accepted: 2018-11-13T20:28:01Z].). Enhancing this phase of the crop with the use of biological products could provide physiological benefits that would subsequently translate into higher yields. The application of formulations based on the Rhizobium sp. C145 strain and Pectimorf® can contribute to this end. This is the first evidence in Cuba that proves the effect of the combination of bacterial inoculants with Pectimorf®, in the flowering phase of peanut.

The results presented here constitute an approach to the possibility of increasing the growth and yield of a crop little studied in Cuba. The use of the combination of nationally produced, environmentally friendly and relatively cheap biostimulants is an attractive opportunity that contributes to the country's food security.

CONCLUSIONS

 

Peanut is a crop that has not been extensively studied in Cuba, compared to other legumes such as beans and soybeans. The application of formulations based on the Rhizobium sp. C145 strain and the commercial product Pectimorf® proved to be effective in increasing nodulation and growth of peanut. The application of these products to the legume may be a desirable and even necessary management option to improve its nutrition and productivity.