Universidad Nacional de Temuco Enero de 2020 Microbiología aplicada al desarrollo de una agricultura sostenible Dr. Germán Tortosa Muñoz (@germantortosa) Dept. Microbiología del Suelo y Sistemas Simbióticos Estación Experimental del Zaidín (EEZ-CSIC) http://www.compostandociencia.com

1. 1
Universidad Nacional de Temuco
Enero de 2020
Microbiología aplicada
al desarrollo de una
agricultura sostenible
Dr. Germán Tortosa Muñoz (@germantortosa)
Dept. Microbiología del Suelo y Sistemas
Simbióticos
Estación Experimental del Zaidín (EEZ-CSIC)
http://www.compostandociencia.com
Email: german.tortosa@eez.csic.es
compostandociencia@gmail.com

2. 2
Índice
1) Un poco de contexto…
●
2) Líneas de investigación
3) Introducción:
–
Importancia de la MO
–
¿Qué es el compostaje?
–
4)
Grupo “Metabolismo del Nitrógeno“

3. 3
Mi investigación
La meta fundamental es desarrollar una agricultura respetuosa con
el medio ambiente sin afectar al rendimiento de la misma
El objetivo es diseñar productos fertilizantes que mejoren la calidad
de los suelos agrícolas, el rendimiento de los cultivos y que no tengan
un coste medioambiental ni económico añadido
●
Interacción de los fertilizantes (inorgánicos, orgánicos y
biológicos) con el sistema suelo-planta-microorganismo
●
Ciclos del carbono (C) y del nitrógeno (N)
●
Enfoques químicos, bioquímicos y microbiológicos, y en los
últimos tiempos de biología molecular

4. 4
Mi investigación
Dos líneas de trabajo complementarias:
1) Estudio del impacto ambiental producido por la agricultura.
–
Contaminación por nitratos en Doñana (Tortosa et al., 2011)
–
Emisión de óxido nitroso (N2O) por leguminosas (Tortosa et al., 2015)
–
Estrés oxidativo por metales pesados (Cu) en la FBN
2) Elaboración de abonos orgánicos y biológicos que sirvan como alternativa a
los productos de síntesis.
–
Compostaje como método para obtener abonos orgánicos (Tortosa et al. 2012,
2014)
–
Microbiología del compostaje (Tortosa et al., 2017; 2020)
–
Fijación biológica de nitrógeno y diversidad microbiana
–
Microorganismos con capacidad para promover el crecimiento vegetal (PGPBs)

5. Investigación
(básica y aplicada)
Transferencia
Divulgación y
Formación
Tesis Doctoral
Cegarra et al. (2006)
Alburquerque et al. (2009)
Tortosa et al., (2012 y 2014)
Ait Baddi et al. (2013)
Tortosa et al. (2015, 2017; 2018; 2020)
Contratos Apoyo Tecnológico:
Tesis Doctoral (2004-2005)
Motril (2012-14; 2015-16)
Abono orgánico líquido AE (2018)
Ventilación forzada (2016-18)
Compostaje doméstico (2016-17)
Compostando Ciencia
(www.compostandociencia.com)
Proyecto PIIISA
Cursos de la SEAE
Red Española de Compostaje
Campaña de Crowdfunding
Compost como abono orgánico y biológico:
Gran interés en agricultura

6. La materia orgánica (MO) en el suelo
Factor limitante de la fertilidad
Mejora propiedades físicas:
–
Estabilidad estructural (acción cementante)
–
Mejora la porosidad
–
Control de la temperatura y radiación
Mejora propiedades químicas:
–
Capacidad de cambio iónico
–
Capacidad tamponante
–
Procesos redox
Mejora propiedades biológicas:
–
Biodiversidad
–
Parte biológicamente activa de la MO
–
Microorganismos promotores del crecimiento vegetal
(PGPR): Fijación de nitrógeno, Solubilización de P,
Siderórofos, etc.
–

7. ●
Sociedad de consumo:
●
Economía lineal vs. circular
●
Crecimiento demográfico
●
Desarrollo industrial y producción
de residuos (orgánicos e
inorgánicos)
●
Residuos orgánicos:
– Sector primario: agrícolas,
ganaderos, forestales, etc.
– Sector secundario: industriales,
agroindustriales, textiles, etc.
– Sector terciario: biorresiduos,
lodos de depuradora, etc.
Residuos orgánicos
Residuos orgánicos

8. ¿Solución para dos problemas?
- Residuos orgánicos:
● Gran impacto ambiental
● Gran volumen de producción temporal
● Fuente de materia orgánica para suelos
● Necesidad de tratamiento:
● Compostaje, digestión anaerobia, vermicompostaje, larvas de mosca
soldado, etc.

9. 9

11. Compostaje de “alperujo”
Cegarra y col. (2006), Alburquerque y col. (2009)
Fertilizante orgánico:
●
Elaboración de abonos y enmiendas
orgánicas sólidas de interés industrial (Tortosa
et al., 2012)
●
Elaboración de abonos y enmiendas
orgánicas líquidas de interés industrial (Tortosa
et al., 2014)
●
Pimientos y antioxidantes (Tortosa et al.
2018)
Fertilizante biológico:
●
Diversidad bacteriana durante el
compostaje (Tortosa y col., 2017)
●
Diversidad fungica durante el compostaje
(Tortosa y col., 2020)
●
Bacterias PGPBs presentes en el composts
(Tortosa y col., ...)

19. Aplicación del compost
Forma de aplicación
- Como fertilizante
- Como sustrato de cultivo
- Como enmienda
Tipo de aplicación
- Sólida
- Líquida
Aplicación foliar
Abono órgano-mineral
Abono húmico
Té de compost
Dosis:
- En función del contenido en nitrógeno (1,5-2%)
- Legislación zonas vulnerables contaminación por nitratos
- Aplicación máxima: 170 kg de nitrógeno por hectárea y año de cultivo
- De aplicación a los estiércoles (alto contenido en amonio y nitrato)
- ¿De aplicación a los composts?
Nitrógeno orgánico y liberación lenta
¿Incongruencia?
Dosis de 20, 100 y 200 kg/h de compost

20. Conclusiones
VENTAJAS
- Excelente abono y/o enmienda orgánica
Materia orgánica estabilizada
Ausencia de patógenos
Fuente de sustancias húmicas
Fuente de microorganismos beneficiosos
- Fácil de hacer y barato
- Abono de liberación lenta
- Versátil:
Uso sólido y líquido
Base para otros abonos
INCONVENIENTES
- Tiene que mineralizarse antes en el suelo
- Contenido en nitrógeno bajo (fundamentalmente orgánico)
- No puede competir contra un nitrato o un amonio de síntesis
- Suplemento y/o enriquecimiento en nitrógeno

21. TortosaTortosa et al.et al. (2018)(2018)
Agronomy 2018, 8(6), 82;
https://doi.org/10.3390/agronom
y8060082

22. Evolución del metabolismo oxidativo
como indicador del desarrollo
fisiológico de las plantas:
Especies reactivas de oxígeno (ROS) vs. antioxidantes

23. Experimento Nº1: Cantidad de nitrógeno
equivalente (orgánico vs. inorgánico)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Peso seco parte aérea (78 días)
C
DN
DN+C
Tratamiento
PSPA(g)
0
5
10
15
20
25
Peso seco parte aérea (104 días)
C
DN
DN+C
Tratamiento
PSPA(g)

24. Experimento Nº2: Dosis compost creciente
con igual nitrógeno inorgánico
Control C1 C2 C3
0
4
8
12
16
20
Desarrollo vegetal
1º corte (98 días)
PSPA
(g)
Tratamientos
Peso(g)
Control C1 C2 C3
0
4
8
12
16
20
Desarrollo vegetal
2º corte (127 días)
Peso(g)
Control C1 C2 C3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Producción de frutos
2º corte (127 días)
Pesofresco(g)

25. 0
50
100
150
200
250
300
Contenido en ascorbato (Vitamina C) en frutos
Control
C1
C2
C3
Tratamiento
mg/100gpesofresco

26. Conclusiones
1- El compost de “alperujo” en combinación con nitrato
aumenta la actividad antioxidante en las plantas de
pimiento sin que eso implique la generación de estrés
oxidativo
2- El compost de “alperujo” favorece el desarrollo
fisiológico de la planta, sobre todo en la primera cosecha
3- El compost de “alperujo” aumentó el ciclo de vida
productivo de la planta de pimiento sin síntomas claros
de estrés
4- El compost de “alperujo” puede aumentar la
producción de fruto y su valor nutricional (mayor
contenido en vitamina C)

27. ¿Fuentes de nitrógeno orgánico?

28. ¿Fuentes de nitrógeno orgánico?
Largo plazo:
1- Fijación biológica de nitrógeno
2- Rotaciones de cultivos y incorporación de MO
Corto plazo:
1- Estiércol
2- Cultivos de algas y microalgas
3- Extractos proteicos (aminoácidos):
- Vegetales (cebadilla, torta de leguminosas, etc)
- Animales (harinas de sangre, de pescado, etc.)
4- Microorganismos promotores del crecimiento vegetal (PGPBs)
Nitrógeno y otros nutrientes

29. Origen del té de compost
- Interés a partir de 1990
- Paradigma control biológico de plagas:
¿un producto para un solo patógeno microbiano?
- Pesticidas sintéticos y problemas medioambientales y de salud
- Interés creciente por la agricultura ecológica
- Búsqueda por productos para control
biológico (salud y prevención) como
alternativa por parte de los productores
al no existir ningún producto certificado
- Compost ya se conocía sus propiedades
de biocontrol
- Usos extractos de plantas desde los Romanos
Muchos casos de “a mi me funciona“
pero muy pocas pruebas científicas...

30. ¿Qué es un té de compost?
¿Un extracto acuoso?, ¿un lixiviado?, ¿un extracto fermentado?, ¿un té o infusión?,
¿un caldo microbiano?, ¿un cultivo microbiano?, ¿solubilización microbiana?,
¿enriquecimiento microbiano?, ¿un brebaje alquímico?...

31. ¿Qué es un té de compost?
“Extracto acuoso orgánico obtenido de un
compost (o vermicompost) maduro
donde se solubilizan y/o reproducen
algunos microorganismos presentes que
tienen propiedades beneficiosas
y protectoras para las plantas,
y que además, puede tener
propiedades fertilizantes“

32. 32
Compostaje como fuente de microorganismos de interés agrícola
Inicio del
compostaje
8 semanas
Maduro

33. 33
- Estudio de la microbiología del compostaje:
1) Técnicas dependientes de cultivo.
_Métodos clásicos
_Características fenotípicas
_Sesgo importante
2) Técnicas independientes de cultivo
_Métodos genotípicos (o moleculares)
_ADN y la reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
_Marcadores filogenéticos universales: gen 16S rRNA y
18S rRNA
- Técnicas de nueva generación (NGS) o de secuenciación masiva de material
genético:
_Miles de secuencias simultáneas
_Potentes herramientas de bioinformática para su ensamblaje
_Inicio en 2005: Roche/454’s (pirosecuenciación) GS FLX Titanium,
Illumina/Solexa’s I, Life/APG’s, SOLiD, etc.

35. 35
Materiales y métodos experimentales
1) Proceso de compostaje
Compostaje de “alperujo“ como modelo de estudio (Tortosa y col.,
2012):
- 2 pilas de 10.000 kg, alperujo y estiércol de oveja (1:1, v/v) M1 y M2
- Pilas estáticas y volteos mecánicos (7 volteos, más frecuentes durante la fase bioxidativa)
- Humedad entorno a 40-60%

36. 36

44. BACTERIAS PROMOTORAS
DEL CRECIMIENTO
VEGETAL (PGPR)
- Ayudan a las plantas mejorando la
disponibilidad de nutrientes del suelo
¿Cómo lo hacen?
- Fijación biológica de nitrógeno
atmosférico
- Producción de sideróforos (quelantes
de Fe)
- Solubilización de fosfato insoluble
del suelo

45. Aislar e identificar bacterias
PGPR presentes en un
compost de “alperujo”
Dos aproximaciones
metodológicas basadas en
bacterias fijadoras de nitrógeno:
1- Simbiosis con leguminosas
2- Bacterias en vida libre

46. 1- Bacterias que forman simbiosis con leguminosas
- Jarras Leonard
- Disolución nutritiva
sin nitrógeno
- Plantas de soja, judía
y garbanzo
- Material estéril
Dos experimentos:
Compost sólido
Compost líquido
Dos tratamientos:
Con compost
Sin compost

47. 1- Bacterias que forman simbiosis con leguminosas
- Solo encontramos nódulos
en raíces de judía al añadir el
compost en forma líquida
- No hubo diferencias
entre plantas con y
sin compost

48. 2- Bacterias en vida libre
- Extracción acuosa del compost
- Diluciones seriadas y cultivo en placas
petri con medio Burk (sin nitrógeno)
- Selección de bacterias según su
morfología usando un microscopio óptico
- Aislamiento y crecimiento en placa
“master”
- Cultivo en medio líquido
- Pruebas PGPR: producción de sideróforos
y solubilización de fosfato
- Aislamiento de ADN, amplificación del
gen 16s rRNA, secuenciación e
identificación de los aislados

49. - Aspecto de
algunas de las
bacterias
seleccionadas en el
microscopio

50. - Prueba de producción de sideróforos:
se forma halo naranja
- Prueba de solubilización de fosfato
inorgánico: se forma halo trasparente
- Solo 4 aislados presentaron
propiedades PGPR: cepa 1, 2, 7 y 9
- Fueron mejores que la cepa PGPR de
referencia Azospirilum brasilense

51. - Se eligieron estas 4 cepas
para identificarlas
- Se extrajo su ADN y se
amplificó el gen 16s rRNA
- Su tamaño se comprobó por
electroforesis de gel de
agarosa y se secuenció
- Los aislados pertenecían a
los géneros Burkholderia,
Bacillus, Gluconacetobacter y
Pseudomonas

52. Algunas conclusiones y líneas futuras
1- Identificación de microorganismos relacionados con la
humificación del compostaje:
– Bacterias: Planomicrobium y Ohtaekwangia
– Hongos: Cystofilobasidium
2- Aislamiento y enriquecimiento del compost (interacción
entre bacterias y hongos a lo largo del proceso)
Por hacer...
3- Estudio la actividad bacteriana (metatranscriptómica)
Hecho y en fase de discusión...
4- Aislamiento de bacterias promotoras del crecimiento
vegetal
En marcha...

53. ¡Muchas gracias por
vuestra atención!