Introducción al microbioma de la Zona radicular

Gracias a la investigación en curso, en los últimos años se han producido enormes avances en la comprensión científica del microbioma de la zona radicular, es decir, la vida microbiana en y alrededor de las raíces de una planta. Pero, ¿cómo se desarrolla el microbioma de la zona radicular en la lana de roca y qué ocurre realmente en este mundo fascinante e invisible?

La Zona radicular de un medio de cultivo no orgánico, como la lana de roca, puede contener tantas bacterias como un sustrato orgánico: hasta mil millones por mililitro de lana de roca, y a veces más", explica Marta Streminska, ecóloga microbiana de la Unidad de Negocio de Horticultura de Invernadero y Bulbos de Flores de la Universidad e Investigación de Wageningen, en Bleiswijk (Países Bajos). 

Definición: Un microbioma es una comunidad microbiana característica que ocupa un hábitat razonablemente bien definido y que posee propiedades fisicoquímicas diferenciadas. El microbioma no sólo se refiere a los microorganismos implicados, sino que también abarca su teatro de actividad, que da lugar a la formación de nichos ecológicos específicos. En el caso del microbioma de la zona radicular, ese teatro de actividad es el área que rodea directamente las raíces de una planta, la rizosfera, y los microorganismos de la zona radicular más amplia.

Limpio y libre de enfermedades en el punto de fabricación

No es difícil imaginar medios de cultivo ecológicos como la turba de coco repletos de vida microbiana. Pero, ¿qué ocurre con los medios de cultivo no orgánicos, como la lana de roca? ¿También contienen microbios en la zona radicular? "Los medios de cultivo de lana de roca de Grodan están limpios y libres de enfermedades en el punto de fabricación. Sin embargo, en cuanto se añaden agua, nutrientes, semillas y plantas, los microbios empiezan a diseminarse de inmediato, estableciendo rápidamente un microbioma diverso en la zona radicular (véase el gráfico ).

¿Cómo se desarrolla el microbioma en la lana de roca?

"Cuando plantamos una plántula en un bloque o slab de lana de roca, los microbios colonizan rápidamente la zona radicular, donde se alimentan de los exudados de las raíces: materia orgánica como glucosa, ácidos orgánicos y metabolitos secundarios que segregan constantemente las raíces de las plantas durante el crecimiento. En cuanto al número de bacterias, no hay una gran diferencia entre la lana de roca y el medio de cultivo orgánico", afirma. "Esas cifras son alucinantes, con más de mil millones de células compuestas de 600 a 700 géneros diferentes por mililitro de lana de roca".

"Ahora está aún más claro que hay una diferencia entre las poblaciones microbianas que se desarrollan directamente en la rizosfera y en el resto de la zona radicular. Así que, incluso en una escala espacial tan pequeña, existen diferencias microbianas medibles y definidas", comenta Marta.

"Una diferencia clave entre el microbioma de la lana de roca y el de los medios de cultivo orgánicos es la presencia de hongos. Los hongos prefieren la materia orgánica compleja, como la celulosa y la lignina, que es más abundante en los medios de cultivo ecológicos. La razón es que los medios de cultivo ecológicos están hechos de material vegetal muerto", añade. Esta sencilla explicación explica por qué los niveles de hongos son más elevados en los medios de cultivo orgánicos que en la lana de roca, ya que los hongos tienen la capacidad de degradar los compuestos orgánicos complejos y hacer que el carbono vuelva a estar disponible.

Investigación intensiva

Durante muchos años, la importancia de los microorganismos en el crecimiento de las plantas se subestimó y a menudo se pasó completamente por alto. "Hace unos 20 o 30 años, los microorganismos de los sistemas de cultivo se pasaban por alto, simplemente porque los científicos no podían ver la diversidad de los microbios, ya que no se podían cultivar en el laboratorio", continúa. Desde entonces, gracias a los avances de la biología molecular, los microbiólogos han podido estudiar más a fondo el papel de los microbios en las plantas, tanto en la filosfera (las partes de la planta situadas por encima del suelo) como en la rizosfera (las partes de la planta situadas por debajo del suelo). 

Hoy también se sabe que, además de una gestión precisa del riego, un microbioma equilibrado de la zona radicular contribuye de forma importante a mantener la fuerza, la salud, la resistencia y el potencial de producción de una planta. "Con las nuevas técnicas científicas, ahora nos fijamos en dos cosas: qué microbios hay y cuál es su función", dice Marta.

Lo bueno, lo malo y lo feo

Al hablar de las funciones de los microbios de la Zona radicular, los microbiólogos los agrupan en tres categorías (Tabla 1). Desde la perspectiva del Cultivo de plantas, pueden denominarse "los buenos, los malos y los feos". Los "buenos" tienen un impacto positivo en la planta, los "malos" tienen un impacto negativo en la planta, y los "feos" son posibles patógenos humanos, aunque tienen un efecto neutro en la planta. Ejemplos de "feos" son E. coli, que puede introducirse en los cultivos a través del contacto humano, y L. pneumophila, que puede prosperar en sistemas acuáticos. Sin embargo, este proceso de categorización no siempre es fácil, ya que algunos microbios del mismo género pueden ser buenos, malos y feos. "Por ejemplo, la bacteria Pseudomonas fluorescens es buena. Puede suprimir los hongos patógenos de las plantas y se utiliza como agente de biocontrol en la zona radicular. Pseudomonas syringae es un patógeno de plantas común, si no el más común. En el tomate causa el moteado de la hoja.  Por último, Pseudomonas aeruginosa puede causar neumonía en humanos.

Lo mismo ocurre con algunos tipos de hongos, como el Fusarium. Muchas especies de Fusarium causan marchitamiento y pudrición de la raíz en diferentes plantas, pero por otro lado hay aislados de Fusarium, como el aislado Fo47 de Fusarium oxysporum, que no son patógenos para las plantas en absoluto y en realidad las protegen del ataque del Fusarium oxysporum patógeno, ocupando las raíces e influyendo en la resistencia inducida de la planta", comenta. 

La mayoría de los cultivadores conocen bien los ejemplos de microbios "malos" de la zona radicular: patógenos de plantas como Fusarium oxysporum y Pythium aphanidermatum que enferman las plantas. "En la naturaleza, éstos apoyan el proceso de selección natural eliminando las plantas débiles, pero por supuesto son indeseables en los invernaderos comerciales a gran escala de hoy en día, que tienden a cultivar monocultivos con un alto nivel de uniformidad dentro de la población debido al uso de semillas híbridas F1", añade Marta. 

Gracias a la investigación en curso, ahora se sabe que algunos microbios "buenos" (véanse ejemplos en la Tabla 1) pueden ayudar a proteger una planta contra esos patógenos. "Algunos de ellos atacan directamente al patógeno para evitar que afecte a la planta. Otros modos de acción pueden provocar que la planta se prepare para el ataque de un patógeno, por ejemplo produciendo hormonas como el ácido salicílico o el ácido jasmónico. Algunas cepas de Bacillus suelen hacer ambas cosas. Por ejemplo, producen metabolitos que matan directamente a los patógenos de las plantas e inducen su resistencia sistémica al influir en la producción de ácido salicílico y jasmónico.  Al colonizar la rizosfera de esta forma, los microbios 'buenos' pueden limitar el acceso del patógeno a las raíces", comenta. 

Contribución a un crecimiento resistente

"A diferencia de los insectos beneficiosos, las bacterias y los hongos no pueden verse ni contarse directamente en la planta o en la muestra de agua. Pero están ahí y pueden influir enormemente en la resistencia de las plantas", afirma el ecólogo microbiano. Por eso es importante dirigir el microbioma de la Zona radicular en el medio de cultivo hacia un equilibrio estable y beneficioso.

En el contexto del actual cambio hacia sistemas de cultivo resilientes en la Agricultura en ambientes controlados, los microbios también pueden contribuir de forma importante a reducir el uso de productos químicos en la transición hacia el control natural de patógenos y plagas.

Además, los microbios "buenos" pueden desempeñar otras funciones en la zona radicular. "Algunos microbios -especialmente los hongos- se alimentan de la celulosa de las raíces en descomposición en el medio de cultivo, degradando la materia orgánica para que el carbono orgánico vuelva a estar disponible. Otros intervienen en la disponibilidad y absorción de nutrientes como el nitrógeno, el fósforo y los micronutrientes. Actualmente, en los sistemas hidropónicos todos los nutrientes se suministran continuamente en forma mineral a la planta con el riego. Sin embargo, esto no significa que los microorganismos no puedan ayudar a las plantas a absorber estos nutrientes y protegerlas contra las enfermedades. Los microbios del microbioma de la zona radicular segregan unos compuestos llamados "sideroporas" que quelan el hierro, lo que significa que el hierro ya no está disponible para otros microorganismos potencialmente patógenos, reduciendo así su virulencia hacia las plantas.  Otra función importante de los microbios de la zona radicular, como algunas especies de Trichoderma o Pseudomonas, es la producción de diversos metabolitos. Estas moléculas orgánicas pueden incluir hormonas vegetales como auxinas y citoquininas que promueven el crecimiento de las plantas y su desarrollo", explica.

Es evidente que la Zona radicular, tanto en los medios de cultivo orgánicos como en los de lana de roca, alberga cientos de géneros de microorganismos. Aunque todavía se está investigando para comprender mejor sus funciones individuales, no hay duda de que un equilibrio adecuado en el microbioma de la zona radicular puede contribuir a que la planta sea más fuerte, más sana, más resistente y más productiva. Pero, ¿cómo puede dirigirse el microbioma de la zona radicular? ¿Y cuáles son las ventajas de la lana de roca en este contexto? Lea la segunda parte de esta serie para descubrirlo.