Estudio de la colonización de rocas por Mammillaria fraileana (Britt. y Rose) boed. [cactaceae] y evaluación de la asociación con bacterias endófitas en el crecimiento vegetal y sobre la intemperización de rocas

Abstract

Entre las relaciones asociativas de plantas y microorganismos el endofitismo representa una interacción sinergista con beneficio para ambos organismos. En la actualidad se presume la presencia ubicua en los vegetales superiores de las bacterias endófitas y se van encontrando evidencias de la participación de estos microorganismos en procesos que se creía eran llevados a cabo exclusivamente por las plantas. Se hipotetizó que las bacterias endófitas pueden representar un papel importante en el establecimiento de plantas en rocas a través de la promoción del crecimiento vegetal y la intemperización de rocas. El presente estudio abordó desde enfoques de ecología vegetal, microbiología y fisiología vegetal, la importancia de algunas especies colonizadoras de rocas, el aislamiento, la identificación y caracterización parcial de la microflora endofítica así como el efecto de su inoculación en la fisiología de Mammillaria fraileana, endémica de la Península de Baja California. El estudio ecológico de la abundancia de especies saxícolas resaltó la importancia de M. fraileana como colonizadora de rocas e indicó que las variaciones locales de su abundancia se asociaron con el tipo de roca, proporción de minerales, susceptibilidad a la intemperización y proporción de elementos en las rocas. Sitios con baja abundancia de plantas fueron caracterizados por la presencia de brecha volcánica ricas en Ca, Fe, Mg, Ti, Al y Mn, contenidos en minerales moderadamente intemperizables como plagioclasa y piroxenos. Sitios con alta abundancia de plantas presentaron roca tipo riodacitas-andesitas ricas en minerales más fácilmente intemperizables y elementos como Si, K y Na. Se sugiere que la interacción entre elementos, más que el efecto aislado de alguno de ellos puede ser la explicación más viable para explicar variaciones locales de la abundancia de M. fraileana. En el enfoque microbiológico se confirmó la presencia de bacterias endófitas de M. fraileana a través de métodos cultivo-dependientes y cultivo-independientes. Se probaron diversos esquemas de desinfección y medios de cultivo sin obtener bacterias cultivables en semillas, frutos y plántulas. Sin embargo, utilizando técnicas cultivo-independientes como amplificación del gen 16S rDNA, hibridación fluorescente in situ (FISH) y tinción de bacterias viables (FDA) se confirmó la presencia de bacterias endófitas en semillas. Las evidencias cualitativas por microscopía electrónica de barrido también indicaron la presencia de bacterias en el interior de semillas. También se detectaron bacterias endófitas cultivables en tallo y raíz. De raíz se aislaron 14 morfotipos bacterianos, identificándose por secuenciación total del gen 16S rRNA a las cepas Azotobacter vinelandii M2Per, Bacillus megaterium M1PCa, Pseudomonas putida M5TSA y Enterobacter sakazakii M2PFe. En pruebas in vitro se observó que A. vinelandii M2Per fue la única cepa fijadora de nitrógeno. La capacidad para solubilizar fosfatos inorgánicos fue comprobada para P. putida M5TSA, E. sakazakii M2PFe y B. megaterium M1PCa mientras que A.vinelandii M2Per P. putida M5TSA y B. megaterium M2PCa degradaron rocas riodacitas a través de la reducción del tamaño de las partículas de rocas y cambios notables en el pH del medio. A los 3.5 meses de la inoculación con bacterias endófitas de raíz en plántulas de M. fraileana se observaron colonización y establecimiento exitosos a nivel intracelular del tejido vegetal. La inmunolocalización fluorescente y microscopía electrónica de barrido indicaron que la mayor densidad bacteriana ocurre en la raíz y disminuye en sentido acropétalo. Se demostró que la intemperización de rocas puede acelerarse a través del aumento en la movilización de elementos minerales hacia plantas inoculadas con bacterias endófitas. Las cepas más eficientes en la movilización de elementos fueron B. megaterium, P. putida y E. sakazakii. El aumento en la movilización de elementos minerales bajo la acción de las bacterias endófitas no produjo, en apariencia, algún efecto por toxicidad en las plantas. En las interacciones entre inóculos iii y variantes de sustrato se observaron diversas combinaciones de elementos en proporciones variables, sugiriendo que la movilización es un proceso complejo que, entre otros factores, depende de la composición química de las rocas, la proporción relativa y la disponibilidad de los elementos minerales. Los patrones de movilización de elementos mostraron un grado de asociación con la abundancia de M. fraileana colonizando rocas, siendo el Na y P notablemente más movilizados de las rocas donde M. fraileana crece en abundancia, mientras que el Fe fue mayormente movilizado de las rocas con muy baja abundancia. Dada la amplia gama de respuestas que presentan las cactáceas ante diferentes condiciones de nutrientes en el sustrato se recomiendan estudios específicos para definir la función de cationes como el Si, Na y para explicar la tolerancia de las cactáceas a elementos como el Cu y Zn que resultan tóxicos para otras plantas. El crecimiento de las plantas crecidas en sustrato rocoso fue intensificado por la inoculación con bacterias endófitas. La inoculación con E. sakazakii M2PFe produjo mayor biomasa seca en las plantas mientras que la inoculación con P. putida M5TSA incrementó significativamente el nitrógeno total en las plantas. Por otro lado P. putida y A. vinelandii M2Per incrementaron la actividad fotosintética vía metabolismo ácido crasuláceo (CAM). Se propone que el metabolismo CAM puede participar activamente en la disolución de minerales mediante la producción y liberación de ácidos orgánicos como el malato.