El deterioro progresivo de los suelos agrícolas, asociado al uso continuado de insumos químicos sintéticos, ha incrementado la necesidad de desarrollar prácticas de cultivo más respetuosas con el medio ambiente. La acumulación de residuos sintéticos, la acidificación del suelo y la pérdida de biodiversidad biológica plantean importantes desafíos para la producción agrícola.

En este contexto, los microorganismos beneficiosos adquieren un papel relevante. Los bioinoculantes utilizan microorganismos vivos para intervenir en procesos relacionados con la nutrición, el desarrollo vegetal, la protección frente a determinados patógenos y la interacción entre las plantas y el suelo.

Pero la respuesta de un bioinoculante no depende únicamente del microorganismo que contiene. Cuando se lleva al campo, entra en un ecosistema en el que ya existe una comunidad microbiana, unas determinadas condiciones de suelo y unas relaciones establecidas entre microorganismos y plantas. Por ello, entender estas interacciones resulta fundamental para comprender tanto las posibilidades como las limitaciones de los inoculantes microbianos.

¿Qué es un bioinoculante?

Un bioinoculante es una formulación biológica que contiene cepas activas o latentes de microorganismos beneficiosos viables. Se aplica sobre las semillas, las raíces, la superficie de la planta o directamente sobre el suelo. Una vez aplicado, el microorganismo coloniza la rizosfera o determinados tejidos de la planta. Su objetivo es facilitar la nutrición y estimular el desarrollo vegetal mediante procesos biológicos.

A diferencia de un fertilizante químico convencional, que aporta directamente determinados nutrientes minerales, el bioinoculante actúa sobre los procesos que permiten movilizar elementos que se encuentran bloqueados en el suelo y sobre determinados mecanismos fisiológicos de la planta.

Por tanto, cuando hablamos de bioinoculantes no hablamos de un único tipo de producto ni de un único mecanismo. Existen microorganismos con funciones diferentes y, en muchos casos, complementarias.

Tipos de bioinoculantes

Los bioinoculantes se clasifican según el mecanismo dominante que ejercen sobre la planta y el suelo.

Biofertilizantes

Son microorganismos capaces de aumentar la disponibilidad de nutrientes esenciales.

Entre ellos se encuentran los fijadores biológicos de nitrógeno y los microorganismos capaces de solubilizar o mineralizar fósforo y potasio.

Bioestimulantes o fitoestimuladores

Son microorganismos capaces de producir fitohormonas y otras moléculas reguladoras del crecimiento, entre ellas auxinas, citoquininas y giberelinas.

Estas sustancias intervienen en procesos relacionados con el desarrollo de la planta y, especialmente, con el crecimiento de las raíces y de la parte aérea.

Agentes de biocontrol o biopesticidas

Son microorganismos capaces de proteger al cultivo frente a determinados fitopatógenos mediante diferentes mecanismos, como la antibiosis, el micoparasitismo, la competencia por espacio y nutrientes o la inducción de mecanismos de resistencia sistémica.

Además de estas funciones, los bioinoculantes se han relacionado con cambios en la estructura del suelo, una mayor agregación de sus partículas y la estimulación de determinados compuestos fenólicos y antioxidantes en los cultivos.

Bioinoculantes ejemplos

Entre los microorganismos utilizados como bioinoculantes encontramos bacterias y hongos con funciones muy diferentes.

Bacterias fijadoras de nitrógeno

Los géneros Rhizobium, Bradyrhizobium y Sinorhizobium establecen relaciones simbióticas con las leguminosas y forman nódulos en sus raíces. En ellos se produce la fijación biológica del nitrógeno atmosférico y su transformación en formas aprovechables por la planta.

Azospirillum brasilense es una bacteria de vida libre o asociativa que se encuentra especialmente relacionada con gramíneas como maíz, trigo y arroz.

También Azotobacter chroococcum es una bacteria diazótrofa de vida libre que aporta nitrógeno y produce hormonas vegetales.

Bacterias solubilizadoras y de biocontrol

Dentro del género Bacillus encontramos especies como B. subtilis, B. megaterium, B. amyloliquefaciens y B. velezensis. Estas bacterias participan en la solubilización de fosfatos, producen biofilmes y secretan determinados compuestos con actividad frente a hongos patógenos.

Por su parte, especies de Pseudomonas, entre ellas P. fluorescens, P. putida y P. chlororaphis, producen sideróforos capaces de quelar hierro y determinados metabolitos antifúngicos.

Hongos beneficiosos

Entre los inoculantes fúngicos destacan los hongos micorrízicos arbusculares (HMA). Géneros y especies como Glomus intraradices, Rhizophagus irregularis y Glomus mosseae establecen una relación estrecha con las raíces y desarrollan una red de hifas que permite explorar el suelo para obtener agua y nutrientes.

También destacan especies de Trichoderma, como T. harzianum, T. viride y T. asperellum, por su capacidad antagonista frente a determinados patógenos del suelo y por la producción de enzimas líticas.

Inoculantes microbianos

Los inoculantes microbianos están constituidos por una única estirpe o por consorcios de microorganismos procedentes de diferentes nichos ecológicos asociados a las plantas: la rizosfera (suelo cercano a la raíz), la filosfera (superficie foliar) y el endofito (tejidos internos de la planta).

Los microorganismos endofitos presentan una característica particular: viven en espacios apoplásticos e intercelulares o en los vasos xilemáticos sin causar daño a la planta hospedadora. Al encontrarse dentro de los tejidos vegetales, tienen una menor mortalidad derivada de determinadas condiciones ambientales o de la competencia existente en el suelo.

La tecnología de formulación también ha evolucionado. Además de los soportes tradicionales, existen formulaciones líquidas que incorporan protectores celulares y sistemas de bioencapsulación basados en polímeros naturales como el alginato de sodio. La encapsulación permite proteger las células frente a la desecación y favorecer una liberación gradual en el suelo.

Bioinoculantes en la agricultura

La utilización de bioinoculantes se integra en el manejo de la nutrición y de determinados problemas sanitarios del cultivo. Su implementación permite:

1. Reducir fertilizantes químicos: se logran reducciones de entre un 25% y un 50% en las dosis de fertilizantes nitrogenados y fosfatados sin comprometer los rendimientos.
2. Mitigar el impacto ambiental: disminuye la eutrofización de acuíferos por lixiviación de nitratos y la volatilización de amoníaco.
3. Restaurar suelos degradados: favorecen la agregación del suelo, aceleran el reciclaje de materia orgánica y contribuyen a la biorremediación de metales pesados o plaguicidas residuales.

También se han observado efectos derivados de la combinación de diferentes grupos microbianos. La coinoculación de bacterias diazótrofas y solubilizadoras de fosfato junto con hongos micorrízicos genera interacciones que incrementan la biomasa y el rendimiento en determinados cereales y leguminosas.

Inoculantes fúngicos

Los hongos utilizados como inoculantes presentan funciones diferentes dentro del agroecosistema.

Hongos micorrízicos arbusculares

Los HMA establecen asociaciones con las raíces y desarrollan hifas que se extienden más allá de la zona directamente explorada por las raíces.

Esta red accede a fósforo, zinc y cobre presentes en poros del suelo que resultan menos accesibles para los pelos radiculares. Además, estos hongos producen glomalina, relacionada con la estabilidad de los agregados del suelo.

Trichoderma

Las especies de Trichoderma son hongos saprófitos capaces de colonizar las raíces y actuar frente a determinados patógenos del suelo, entre ellos Fusarium, Rhizoctonia, Pythium y Sclerotinia.

Su actividad incluye la producción de enzimas capaces de degradar componentes de las paredes celulares de otros hongos y la activación de determinadas vías defensivas de la planta.

Hongos solubilizadores de fósforo

Algunas especies, como Penicillium bilaiae, producen ácidos orgánicos de bajo peso molecular que modifican el microentorno y favorecen la movilización del fósforo fijado a calcio, hierro o aluminio.

Bioinoculantes y enraizamiento

El sistema radicular es uno de los principales puntos de interacción entre la planta y los microorganismos.

Los bioinoculantes intervienen en la arquitectura de las raíces y favorecen una mayor exploración del suelo y la absorción de agua y nutrientes.

Uno de los mecanismos descritos está relacionado con la producción de ácido indolacético (AIA o IAA). Bacterias como Azospirillum, Pseudomonas y Rhizobium producen auxinas que modifican la morfología de la raíz, estimulando la formación de raíces laterales y pelos radiculares.

En el caso de Azospirillum brasilense, se describe un incremento de la proporción de raíces finas, aumentando la superficie disponible para la absorción.

Otro mecanismo está relacionado con la enzima ACC-desaminasa. Los microorganismos que poseen el gen acdS degradan el ACC, precursor inmediato del etileno vegetal. Al reducir el etileno asociado al estrés, se evita el frenado del crecimiento radicular y se favorece la elongación de la raíz.

También se describe la participación de moléculas señalizadoras como el óxido nítrico y las poliaminas en procesos relacionados con la división celular del meristemo radicular.

Cómo aplicar bioinoculantes en el cultivo

La eficacia de un bioinoculante depende, entre otros factores, de elegir un método de aplicación adecuado al cultivo y a la formulación.

Tratamiento de semillas

El tratamiento de semillas consiste en recubrirlas con formulaciones en polvo, líquidas o en pellets antes de la siembra.

Una de sus ventajas es que sitúa el inoculante directamente en la zona donde se produce la germinación y permite utilizar una cantidad reducida de producto.

Bioprimado

El bioprimado combina la hidratación controlada de la semilla con la presencia del inoculante microbiano.

Este proceso acelera la germinación, incrementa el vigor de las plántulas y proporciona protección frente a determinados problemas de establecimiento.

Inmersión de raíces

En plantas destinadas al trasplante, las raíces se sumergen en una suspensión microbiana antes de su establecimiento.

Este método se utiliza en cultivos como hortalizas, arroz y frutales y permite favorecer una rápida colonización del cepellón.

Resultados de los bioinoculantes en el campo

Una de las cuestiones fundamentales cuando se trabaja con microorganismos es que el campo no es un medio controlado. El suelo ya contiene una comunidad microbiana adaptada a sus condiciones. Los microorganismos introducidos tienen que relacionarse con esa comunidad y competir por nichos y nutrientes. Dentro de esta comunidad existen microorganismos que facilitan la colonización del inoculante y otros que compiten por recursos o producen metabolitos antagonistas.

Por eso, un microorganismo que funciona en unas condiciones determinadas no necesariamente tendrá el mismo comportamiento cuando se introduce en otro suelo.

Los inoculantes procedentes de otros entornos experimentan un descenso progresivo de su población si no encuentran nichos disponibles o si no disponen de las condiciones necesarias para establecerse. En cambio, las cepas autóctonas o adaptadas localmente presentan una mayor persistencia.

Factores como el pH, la disponibilidad de carbono orgánico, la salinidad y la humedad en el momento de la siembra condicionan la supervivencia y multiplicación de los microorganismos aplicados.

Compatibilidad con los agroquímicos

Otro aspecto importante es la interacción entre los inoculantes y los productos utilizados habitualmente en el tratamiento de semillas.

Determinados fungicidas e insecticidas aplicados sobre la cubierta de las semillas reducen la viabilidad de microorganismos sensibles.

Una de las estrategias para evitar este contacto directo consiste en aplicar el inoculante en el surco, situándolo en la zona donde se desarrollarán las raíces.

También se utilizan protectores celulares en determinadas formulaciones líquidas. En condiciones de calor o sequedad, la siembra después del tratamiento debe realizarse en el menor tiempo posible para reducir la deshidratación del inoculante.

La fertilización sintética también puede modificar la relación entre la planta y los microorganismos. Dosis elevadas de nitrógeno o fósforo pueden reducir determinadas señales químicas de la planta hacia los microorganismos, afectando procesos como la nodulación de las leguminosas o la colonización micorrízica.

Conservación y manipulación de los bioinoculantes

Los bioinoculantes contienen organismos vivos o esporas viables. Por ello, su eficacia depende también de las condiciones en las que se almacenan y manipulan.

Los envases deben mantenerse protegidos de la radiación solar directa, de fuentes de calor extremo y de ciclos de congelación y descongelación.

También es importante evitar almacenar o mezclar los bioinoculantes con determinados plaguicidas o fertilizantes ácidos concentrados cuando no se haya comprobado previamente su compatibilidad.

Finalmente, las formulaciones tienen una vida útil determinada. La viabilidad celular disminuye con el tiempo, por lo que resulta necesario comprobar la fecha de caducidad y las concentraciones garantizadas en el momento de la aplicación.

Bioencapsulación y otras tecnologías de aplicación

La tecnología de formulación ha desarrollado diferentes sistemas destinados a mejorar la supervivencia y colonización de los microorganismos.

El bio-primado de semillas permite combinar la hidratación controlada con la inoculación antes de la siembra, activando el metabolismo de la semilla y favoreciendo la colonización de su superficie.

La bioencapsulación consiste en inmovilizar células o esporas en matrices poliméricas biodegradables, como el alginato de sodio o mezclas de alginato y almidón. Las cápsulas protegen a los microorganismos frente al estrés térmico, la desecación y la inactivación en el suelo, y permiten una liberación gradual.

También se utilizan consorcios y coinoculaciones, combinando microorganismos con funciones diferentes. Un ejemplo es la combinación de Rhizobium para la fijación de nitrógeno con Azospirillum para la estimulación de las raíces, o la asociación de microorganismos solubilizadores de fósforo con hongos micorrízicos.

Bioinoculantes frente a la sequía y la salinidad

Los bioinoculantes también intervienen en la respuesta de las plantas frente a determinados estreses abióticos.

Las bacterias que producen ACC-desaminasa degradan el precursor del etileno y reducen los picos de etileno asociados al estrés, evitando que se frene el crecimiento de las raíces durante situaciones de sequía o salinidad.

Otros microorganismos producen exopolisacáridos (EPS) que forman biofilmes alrededor de las raíces. Estos polisacáridos favorecen la agregación y estructura del suelo, aumentan la retención de humedad y restringen la absorción de sodio en suelos salinos.

La inoculación también estimula la acumulación de osmolitos como la prolina y activa enzimas antioxidantes como la superóxido dismutasa, la catalasa y las peroxidasas. Estas respuestas están relacionadas con la neutralización de especies reactivas de oxígeno y la reducción del daño celular asociado a determinados estreses.

Ecolución: movilizamos la microbiología autóctona

Frente al planteamiento basado en aportar continuamente microorganismos externos, el enfoque de Ecolución parte de otra idea: movilizar y potenciar las bacterias y hongos que ya están presentes en el suelo para alcanzar determinados objetivos productivos.

El suelo no es un medio vacío en el que simplemente introducimos un microorganismo. Es un ecosistema que ya contiene una comunidad microbiana compleja, adaptada a sus condiciones.

Por eso, el enfoque de Ecolución plantea trabajar con la microbiología residente y favorecer la activación de su capacidad funcional, en lugar de depender exclusivamente de la introducción continuada de cepas externas.

La barrera de la comunidad microbiana

Las comunidades microbianas nativas forman redes ecológicas complejas. Cuando se introduce una cepa procedente de otro entorno, esta tiene que competir con los microorganismos que ya ocupan los nichos disponibles.

En determinadas circunstancias, las cepas introducidas experimentan un rápido descenso de población o desaparecen si no encuentran las condiciones necesarias para establecerse. Para mantenerlas puede ser necesario proporcionar determinadas fuentes de carbono o realizar nuevas inoculaciones.

Esta interacción ayuda a explicar por qué los resultados de algunos inoculantes comerciales resultan variables cuando pasan de condiciones controladas a situaciones reales de campo.

La adaptación local de los microorganismos

Los microorganismos autóctonos presentan una adaptación a las condiciones concretas del lugar donde viven.

Han evolucionado en interacción con características como el tipo de suelo, la humedad, el pH y los genotipos vegetales presentes en la región. Esa adaptación favorece el establecimiento de relaciones simbióticas y metabólicas dentro del ecosistema local.

Desde esta perspectiva, Ecolución plantea una estrategia de manipulación del microbioma residente in situ.

En lugar de depender de que una cepa introducida consiga establecerse, el objetivo es favorecer selectivamente determinados grupos funcionales que ya forman parte del ecosistema agrícola.

Microorganismos autóctonos y resultados en campo

El enfoque basado en la microbiología local encuentra ejemplos en los que los microorganismos autóctonos han mostrado resultados superiores a determinadas cepas comerciales no nativas.

En ensayos de campo con ñame y pimiento, determinadas especies locales de hongos micorrízicos arbusculares superaron a cepas comerciales en aspectos relacionados con el rendimiento y la absorción de nutrientes.

También se han descrito aislamientos autóctonos de Bradyrhizobium con una capacidad superior de nodulación, crecimiento vegetativo y rendimiento de grano en soja y judía frente a inoculantes comerciales no nativos.

Otro aspecto importante es que los beneficios de una intervención no tienen por qué proceder exclusivamente del microorganismo que se introduce o se aplica. En determinados casos, están relacionados con la activación de microorganismos colaboradores que ya estaban presentes en el suelo.

La movilización de bacterias residentes pertenecientes a grupos como Lysobacter, Chitinophagaceae o pseudomonas nativas se ha relacionado con cambios en la diversidad del microbioma y con la supresión biológica de determinados fitopatógenos.

Cómo movilizar la microbiología local

Trabajar con la microbiología residente implica prestar atención a las relaciones que ya existen entre la planta, sus raíces, el suelo y los microorganismos.

Aprovechar los exudados radiculares

Las plantas liberan por sus raíces compuestos orgánicos como azúcares, ácidos orgánicos e inositol.

Estos compuestos actúan como señales químicas capaces de reclutar microorganismos beneficiosos presentes en el suelo.

Favorecer grupos funcionales concretos

La aplicación de bioestimulantes e insumos orgánicos específicos favorece la multiplicación de grupos microbianos determinados, entre ellos bacterias fijadoras de nitrógeno y solubilizadoras de fósforo autóctonas.

Reducir las perturbaciones de la red microbiana

La estructura física del suelo influye en las redes que establecen los microorganismos.

El laboreo intensivo puede alterar esa estructura y romper redes hifales y conexiones entre especies microbianas. La reducción de estas perturbaciones, junto con una optimización de la fertilización sintética de nitrógeno y fósforo, permite mantener activa la señalización natural entre la planta y la comunidad microbiana residente.

Del microorganismo aplicado al ecosistema agrícola

Un bioinoculante contiene una bacteria, un hongo o un consorcio de microorganismos con una función determinada. Pero una vez aplicado al campo, ese microorganismo entra en contacto con un sistema que ya está funcionando.

Existe una comunidad microbiana residente, una planta que emite señales, unas condiciones concretas de humedad, pH, salinidad y disponibilidad de carbono y una red de relaciones entre organismos. Por eso, el comportamiento de un inoculante no puede separarse completamente del ecosistema en el que se introduce.

El enfoque basado en la microbiología autóctona desplaza la atención desde la simple aportación de microorganismos hacia la movilización de los microorganismos que ya están presentes, utilizando las interacciones entre planta, suelo y microbiología para favorecer determinados procesos.

En este marco, la planta, sus exudados radiculares, la comunidad microbiana residente y las condiciones del suelo forman parte de un mismo sistema.

Y es precisamente sobre ese sistema donde el enfoque de Ecolución plantea trabajar: movilizar la microbiología autóctona en lugar de depender exclusivamente de la aportación continua de cepas exóticas.