Bacteria-Plant interactions: an added value of microbial inoculation / Interacciones bacteria-planta: un valor añadido de la inoculación microbiana

Abstract High world population and the increase in global food demands results in an indiscriminate use of chemical fertilizers by farmers, causing soil deterioration and other environmental problems. In recent years there has been a collective concern to preserve the environment through sustainable and environmentally friendly techniques. Plant growth-promoting bacteria (PGPB) are widely known to benefit plants in a sustainable manner, reducing chemical fertilizers application. Many studies have shown that these bacteria not only improve crop yields but also its quality, increasing certain nutrients and molecules that are important for human health such as aminoacids, proteins, vitamins, flavonoids, antioxidants, essential oils, among others. This work compiles recent information of PGPB as an alternative of chemical fertilizer for improving crop yields and plant metabolites production.

El incremento acelerado de la población mundial que conlleva al aumento en la demanda de alimentos; ha ocasionado el uso indiscriminado de fertilizantes químicos por parte de los agricultores, provocando así el deterioro del suelo y con ello los subsecuentes problemas ambientales. En los últimos años ha surgido la preocupación colectiva de preservar el medioambiente a través del uso de técnicas sostenibles y ambientalmente amigables. Las bacterias promotoras de crecimiento vegetal (PGPB) son ampliamente conocidas por incrementar el crecimiento y desarrollo de las plantas de manera sostenible permitiendo así la reducción de la aplicación de fertilizantes químicos. Muchos estudios han demostrado que estas bacterias no solo mejoran el rendimiento de los cultivos sino también la calidad de estos, aumentando ciertos nutrientes y moléculas que son importantes para la salud del ser humano que los consume como aminoácidos, proteínas, vitaminas, flavonoides, antioxidantes, aceites esenciales, entre otros. Este trabajo recopila información reciente de las PGPB como alternativa a los fertilizantes químicos para la mejora en el rendimiento de los cultivos y la producción de metabolitos en las plantas.

Effect of inoculation of Tarwi plants with Bradyrhizobium spp. strains isolated from a wild lupine, under greenhouse conditions / Efecto de la inoculación de plantas de Tarwi con cepas de Bradyrhizobium spp. aisladas de un lupino silvestre, en condiciones de invernadero

Abstract The "tarwi" or "chocho" (Lupinus mutabilis Sweet) is the unique specie of the genus Lupinus cultivated in America, appreciated for its high protein content in seeds, and the ability to fix nitrogen in symbiotic association with rhizobia. Its genetic variability is reinforced by approximately 84 wild species in Peru. The present investigation was carried out to show if the rhizobia of a wild lupino (Lupinus sp.) might be able to nodulate and promote the growth of tarwi. The root nodules were collected from an abandoned crop field of Huaraz (Ancash-Peru) at 3497 m of altitude, were isolated 8 slow-growing (6-7 days) rhizobial strains, which due to their microbiological and molecular characteristics correspond to the genus Bradyrhizobium. These strains were inoculated in tarwi seeds, and co-inoculated to the 15-day seedlings. It was applied a completely randomized design with 11 treatments (including the control strain LMRT28, N+ with nitrogen fertilization and N- without fertilization) and 5 repetitions. After 70 days of growth in greenhouse conditions, all treatments with native strains, with the exception of LSHZ-L1 and LSHZ-L2, showed reddish-colored root nodules, indicator of leghemoglobin activity. Six of the strains significantly increased the aerial length of the plants respect to the N- and the LMRT28 treatment; also, there were significant differences in relation of aerial dry weight being better in five treatments with native strains. The major foliar coverage was developed by LSHZ-L7; and the greatest number of secondary nodules was showed in LSHZ-L3, which is correlated with the dry weight of the root.

Resumen El "tarwi" o "chocho" (Lupinus mutabilis Sweet) es la única especie cultivada del género Lupinus en América, valorado por su alto contenido proteico y capacidad de fijar nitrógeno en asociación simbiótica con rizobios. Su variabilidad genética está reforzada por aproximadamente 84 especies silvestres en el Perú. La presente investigación se realizó para evidenciar si los rizobios de una especie silvestre de lupino (Lupinus sp.) fueran capaces de nodular y promover el crecimiento del tarwi. Los nódulos radiculares fueron colectados de un campo de cultivo en abandono de Huaraz (Ancash-Perú) a 3497 m de altitud; se aislaron 8 cepas rizobianas de crecimiento lento (6-7 días) que por sus características microbiológicas y moleculares corresponden al género Bradyrhizobium. Estas fueron inoculadas en semillas de tarwi y reinoculadas a plántulas de 15 días. Se aplicó diseño completamente aleatorizado con 11 tratamientos (incluyendo la cepa control LMRT28, N+ con fertilización nitrogenada, y N- sin fertilización) y 5 repeticiones. Después de 70 días en invernadero se observó que todas las cepas nativas, a excepción de LSHZ-L1 y LSHZ-L2, mostraron nódulos radiculares de coloración rojiza indicador de la actividad de la leghemoglobina. Seis de las cepas incrementaron significativamente la longitud aérea de las plantas respecto al N- y al control LMRT28; también hubo diferencias significativas en cuanto al peso seco aéreo destacando cinco cepas nativas; la mayor cobertura foliar fue desarrollada por LSHZ-L7; y la cepa LSHZ-L3 presentó significativamente mayor número de nódulos secundarios y estuvo correlacionada con el peso seco de la raíz.

Efecto de la inoculación y peletización en la germinación y crecimiento de plantas de maca (Lepidium meyenii W.) a nivel in vitro e invernadero / Effect of inoculation and pelleting on the germination and growth of maca (Lepidium meyenii W.) in vitro and greenhouse

Se compararon semillas inoculadas sin peletizar y peletizadas con tres distintas cepas (C32, DZ50 y AC7) en maca (Lepidium meyenii) a nivel in-vitro e invernadero en donde a nivel in-vitro se midió el porcentaje de germinación y peso seco y a nivel de invernadero el porcentaje de emergencia, peso seco de raíz y peso seco de la parte aérea, encontrándose que tanto en la germinación como en la emergencia los porcentajes fueron mayores en los tratamientos peletizados que los no peletizados. En los pesos secos a nivel in vitro todos los tratamientos peletizados superaron a los tratamientos sin peletizar y los tratamientos con inoculante peletizados y sin peletizar fueron superiores a los controles sin inoculante. Por otro lado se midió la cantidad de células viables y la actividad de agua (Aw) de las semillas peletizadas y sin peletizar en donde se observó que todos los tratamientos peletizados tienden a conservar estos dos parámetros a través del tiempo.

Non-pelleted and pelleted seeds of maca (Lepidium meyenii W.) inoculated with three strains (C32, DZ50 and AC7) were compared at in-vitro and greenhouse tests. Percentage of germination and dry weight of plant were measured in-vitro level. Percentage of emergence, root and shoot dry weight were measured in greenhouse. Both germination and emergence percentages were higher in pelleted than non-pelleted treatments. In vitro dry weights of all the pelleted treatments were higher than non-pelleted; pelleted and non-pelleted inoculated dry weights were higher than controls without inoculant. The amount of viable cells and water activity (Aw) of pelleted and non-pelleted seeds were measured; pelleted treatments tend to preserve these two parameters over time.

Producción de Pseudomonas sp. LMTK32 en medio modificado para peletizar semillas de maca (Lepidium meyenii Walp.) / Pseudomonas sp. LMTK32 production in modified media for pelleting seeds of maca (Lepidium meyenii Walp.)

Se produjo biomasa de Pseudomonas sp. LMTK32 a partir de la modificación del medio de cultivo Caldo Extracto de Levadura Manitol (LMC) con el objetivo de incrementar el número de células viables con capacidad de promover la germinación de semillas de maca peletizadas y reducir los costos de producción. En el proceso de optimización, los componentes extracto de levadura y manitol del medio de cultivo LMC fueron reemplazados por fuentes comerciales de sacarosa y glutamato, cuyas concentraciones fueron determinadas en matraces mediante el diseño estadístico de Box-Behnken; además, se determinó el efecto del porcentaje de inóculo en el tiempo de producción de biomasa. Posteriormente se determinó a nivel de biorreactor que 28.57 h-1 fue el valor adecuado del coeficiente volumétrico de transferencia de oxigeno (kLa) a 600 rpm, produciendo 1.28x1011 UFC/mL. En el medio modificado M1, empleando 12.06 g/L-1 de sacarosa, 11.50 g/L-1 de glutamato de sodio y 10.9% de inoculante se obtuvo 15x108 UFC/mL, superando en 52% más el número de células viables con respecto al tratamiento control LMC (7.8x108 UFC/mL). A nivel in vitro, la peletización de semillas de maca con Pseudomonas sp. LMTK32 producidas en biorreactor y en el medio modificado M1 favoreció su germinación. A partir de sustratos orgánicos comerciales se puede producir inoculantes bacterianos eficientes en el desarrollo de cultivos de maca, sin alterar su capacidad de promover el crecimiento vegetal

Biomass of Pseudomonas sp. LMTK32 was produced from modification of culture media Yeast Extract Mannitol Broth (YEMB) with the aim of increasing the number of viable cells with the ability to promote the germination of maca seeds pelleted with the bacteria and reduce production costs. In the optimization process, the yeast extract and mannitol components of the LMC culture media were replaced by commercial sources of sucrose and glutamate, whose concentrations were determined in flasks by statistical design from Box-Behnken; in addition, the effect of the inoculum percentage on the time of biomass production was determined. Subsequently, it was determined at the bioreactor level that 28.57 h-1 was the adequate value of the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) at 600 rpm, producing 1.28 x 10 11 CFU / mL. In the LMC M1 modified media, using 12.06 g / L-1 of sucrose, 11.50 g / L-1 of sodium glutamate and 10.9% of inoculant obtained 15x108 CFU / mL, increasing in 48% the number of viable cells with respect to the YEMB control treatment (7.8x10 8 CFU / mL). At the in vitro level, the pelleting of maca seeds with Pseudomonas sp. LMTK32 produced in bioreactor and in the modified media M1 favored its germination. From commercial organic substrates, efficient bacterial inoculants can be produced in the development of maca crops, without altering their ability to promote plant growth