El papel de los microorganismos frente al estrés en las plantas ocasionado por sequía y metales pesados

Los microorganismos son capaces de mitigar el estrés de las plantas a través de diferentes mecanismos
A nivel comercial existen formulaciones que sacan partido de esto y existe un potencial a desarrollar aún

Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica

El acelerado crecimiento demográfico, la industrialización continua y las numerosas actividades antropogénicas se consideran los principales factores responsables de la alteración de la calidad ambiental biológica, química y física global. La contaminación por metales pesados o metaloides se ha considerado uno de los efectos clave de la actividad antropogénica y ha aumentado significativamente desde el inicio de la revolución industrial.

Aunque algunos como Zn (zinc), Cu (cobre), Co (cobalto), Ni (níquel), Mo (molibdeno) y Mn (manganeso) en bajas concentraciones son esenciales para diferentes vías metabólicas y de desarrollo, las concentraciones elevadas por encima del umbral en los suelos afectan negativamente la fisiología, el metabolismo y los procesos bioquímicos de las plantas, lo que conduce a una disminución del crecimiento, la biomasa y el rendimiento.

Además de la función enzimática restringida, los metales tóxicos interfieren con la absorción de nutrientes esenciales y desplazan a los metales en las biomoléculas; por ejemplo, el As (arsénico) y el Cd (cadmio) compiten con el Zn y el P (fósforo) de las plantas y también presentan riesgos para la salud por su incorporación a la cadena alimentaria humana.

Para proteger sus sistemas fisiológicos del estrés por metales pesados, las plantas han desarrollado varios mecanismos de defensa, como el secuestro dentro de las vacuolas, la alteración del pH en la rizosfera, la unión a metalotioneínas* y la estimulación de diferentes enzimas antioxidantes.

Microorganismos y ventajas adaptativas

Los microorganismos asociados a las plantas también desempeñan un papel importante, ya que facilitan diferentes procesos ecológicos en el suelo que afectan el crecimiento y los mecanismos de defensa de las plantas. Una amplia gama de bacterias y hongos pueden conferir ventajas adaptativas a través de diversos mecanismos a su planta huésped frente a una variedad de factores estresantes, como la sequía o la presencia de metales pesados, sal, etc., lo que hace que el proceso general de fitorremediación sea considerablemente más eficiente.

Uno de los principales mecanismos de tolerancia al estrés proporcionado por las bacterias incluye la producción de sustancias promotoras del crecimiento vegetal (PGP), como el 1-aminociclopropano-1-carboxilato (ACC), el ácido indol-3-acético (IAA) y los sideróforos. Por lo tanto, estos microorganismos dotados de resiliencia al estrés abiótico y actividades de PGP son cruciales para el éxito de los procesos de fitorremediación.

Además, los microorganismos pueden eliminar varios metales pesados como Cd, Pb, Zn, Cu, As y Al del suelo rizosférico mediante la biosorción de cationes por sus grupos aniónicos funcionales. Diferentes microorganismos producen exopolisacáridos (EPS) y biosurfactantes que ayudan a mantener la estructura y fertilidad del suelo incluso en condiciones adversas por diferentes contaminantes metálicos.

La naturaleza del EPS es higroscópica, ayuda a mantener una alta concentración de agua en el suelo en condiciones de sequía y la absorción de nutrientes por las raíces.

Varios estudios anteriores han demostrado que diferentes especies de cianobacterias, Rhizobium, Pseudomonas y Bacillus aumentan la estabilización y la fertilidad del suelo en condiciones de estrés por sequía produciendo EPS que es rico en glucosa, galactosa y ácido manurónico lo que aumenta significativamente la adherencia de las raíces al suelo, mejora la germinación de las semillas y promueve el crecimiento de las plantas bajo contaminación por metales pesados además de aumentar diferentes actividades antioxidantes en varias especies vegetales en condiciones de estrés por sequía.

Gran potencial de los biofertilizantes

Aunque se han mostrado resultados prometedores con varios microorganismos para aliviar los efectos adversos de la sequía y los metales pesados, el desarrollo y la comercialización de biofertilizantes basados en microbios tolerantes al estrés abiótico son aún más conceptuales que reales.

En el futuro, se necesita más investigación para desarrollar una formulación microbiana eficiente para el desarrollo de las plantas bajo sequía y estrés por metales pesados que reducirá el uso de fertilizantes químicos. En este sentido, científicos ya han recomendado la utilización de biofertilizantes a base de Azotobacter y Azospirillum.

* Una familia de proteínas de bajo peso molecular, alrededor de 6 – 7 kDa, que se encuentran en el citosol de las células eucariotas; su estructura molecular está formada por una única cadena de aminoácidos, 30% de los cuales son cisteínas.

Fuente
Islam, M.; Sandhi, A. (2023).
Heavy Metal and Drought Stress in Plants: The Role of Microbes—A Review.
Gesunde Pflanzen 75, 695–708.

Imagen
https://pt.linkedin.com/pulse/rizosfera-e-sua-import%C3%A2ncia-agron%C3%B4mica-mahananda-vargas Acceso el 21/09/2023.

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