La revolución verde de los años sesenta trajo un notable incremento de la producción agrícola, gracias, sobre todo, al empleo generalizado de abonos químicos y semillas mejoradas. Pero el fertilizante nitrogenado, el más utilizado en agricultura, se lleva buena parte de la inversión en el campo. Para la fabricación de fertilizantes nitrogenados se requiere en general energía derivada de¡ petróleo. Por otro lado, su uso indiscriminado ha ocasionado graves problemas de contaminación, ya que no todo el fertilizante que se aplica lo aprovecha la planta; en una cuantía importante acaba en lagos y lagunas.
La fijación biológica de nitrógeno es la opción alternativa y natural de la fertilización química. De todos los seres vivos, sólo un centenar de géneros de bacterias están capacitados para fijar nitrógeno del aire, donde este elemento constituye alrededor del 70%, y convertirlo en compuestos asimilables por todos los organismos.
Entre las especies fijadoras de nitrógeno hay cianobacterias (Anabena y Nostoc, por ejemplo), arqueobacterias (Methanococcus), bacterias grampositivas (así, Frankia y Clostridium), enterobacterias (Klebsiella) y otras proteobacterias (Rhizobium, Azospirillum y Acetobacter, entre varias).
En la fijación biológica de nitrógeno el mundo orgánico halla su fuente principal de abastecimiento en dicho elemento. Si se suspendiera el proceso de fijación, todo el nitrógeno retenido en la biomasa regresaría a la atmósfera en 100 años. De poder fijar nitrógeno, el hombre no necesitaría ingerir proteínas. Pero la ambición de los científicos no es que el hombre fije nitrógeno, sino que los cultivos altamente extractivos de nutrientes del suelo puedan prescindir del uso de fertilizantes mediante la fijación biológica de nitrógeno.
En la naturaleza ya existen plantas que aprovechan la fijación de nitrógeno realizada por bacterias que se asocian con los vegetales. Ocho familias de plantas emparentadas entre sí gozan de la capacidad para asociarse en simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno. Las plantas en cuestión alojan a las bacterias en estructuras especiales que se forman en sus raíces; en los nódulos, nombre de esas estructuras, las bacterias fijan el nitrógeno.
Individuos de los géneros Rhizobium. Bradyrhizobium y Azorhizobium penetran en las raíces y a veces en los tallos de las leguminosas, mientras que Frankia y otros actinomicetos son las responsables de la fijación de nitrógeno en Casuarina y otras especies.
Las leguminosas se cuentan entre las familias más numerosas, con unas 19.000 especies distribuidas por ambientes muy dispares. Se admite que deben tamaño éxito adaptativo a su capacidad para fijar nitrógeno, lo que les permite colonizar suelos pobres en nutrientes. Pero no todas las especies están capacitadas para formar nódulos; tampoco se sabe cuántas establecen simbiosis. Las más conocidas son las que tienen valor comercial y alimentario para el ser humano o para el ganado, como el fríjol, la soja, el chícharo, la lenteja, el haba y la alfalfa. Todas ellas fijan nitrógeno atmosférico al establecer simbiosis con Rhizobium y otros géneros emparentados.
En comparación con el gran número de leguminosas, sólo se han identificado unas 15 especies de Rhizobium, tres de Bradyrhizobium y una de Azorhizobium, Por eso se sospecha que debe de haber una cifra elevada de especies de estas bacterias por describir. Los individuos de los géneros citados moran en el suelo y habitan en las zonas geográficas donde existe la planta con la que establecen simbiosis. En China, por ejemplo, hay una gran diversidad de bacterias capaces de nodular en la soja, pues ésta es originaria de Asia; mientras que en México no hay simbiontes de soja y sí una extensa variedad de Rhizobium simbiontes de fríjol, ya que éste es nativo de la región.
El estudio de las poblaciones de bacterias fijadoras de nitrógeno de fríjol de México y de Sudamérica nos llevó a proponer dos nuevas especies de Rhizobium. A una de ellas la llamamos R. efli, porque "etl" significa fríjol en náhuatl, y a la otra la denominamos R. tropici, por la región donde medra. R. efli también se encuentra en los lugares donde se ha introducido el fríjol, en España por ejemplo. Hemos hallado R. effl en las semillas de fríjol, lo que induce a suponer la existencia de un posible mecanismo de dispersión geográfica del Rhizobium conjuntamente con fríjol en tiempos históricos.
Dentro de una misma especie de Rhizobium observamos un grado de diversidad amplísimo. Proporcionalmente, la disparidad entre bacterias pudiera compararse con la distancia que separa al hombre de la gallina. La investigación de campo realizada en Nueva Zelanda sugiere un modelo explicativo sobre cómo pudo aumentar la diversidad de especies de Rhizobium. En su trabajo experimental, los investigadores añadieron al suelo (como inoculante) bacterias de Rhizobium
loti (ahora reclasificado como Mesorhizobium) para nodular en la planta Lotus, ya que en esos campos no había bacterias simbiontes de Lotus. El resultado fue toda una sorpresa: al recuperar las bacterias de los nódulos observaron que los aislados no correspondían con la bacteria introducida. La información genética para la simbiosis con Lotus se había transferido de la bacteria inoculada a distintas bacterias existentes en ese suelo. De ese modo se reclutaron nuevos tipos de Mesorhizobium con capacidad para nodular Lotus.
Por nuestra parte, hemos comprobado que, en suelos de México, las R. efli que carecen de capacidad para nodular y fijar nitrógeno en fríjol abundan más que las bacterias simbióticas, Creemos que esa capacidad puede, en condiciones naturales, transferirse entre estas bacterias. Por otro lado, la diversidad genética bacteriana tendría que ver con la manifiesta habilidad para sobrevivir y adaptarse a distintas condiciones de suelo y clima, así como para acoplarse a las variaciones que también existen dentro de las plantas de una misma especie.
Gracias a la diversidad intraespecífica que ofrecen Rhizobium y Bradyrhizobium se ha dispuesto de un acervo valioso para seleccionar las mejores cepas. Se han logrado así linajes óptimos para la fijación del nitrógeno, en cuanto han colonizado campos de cultivo. Buena parte del éxito de la producción de soja en Brasil (segundo productor mundial) hemos de atribuirlo al empleo de cepas de Braidyrhizobium que alcanzan máximo rendimiento en simbiosis.
En Brasil no hay simbiontes naturales de soja, por eso, la inoculación de bacterias del género Bradvrhizobium permitió el aprovechamiento de la fijación de nitrógeno en los cultivos de soja cuando éste se introdujo en ese país. En México, por el contrario, los experimentos de inoculación del fríjol han sido poco exitosos debido a un problema espinoso, La población nativa de Rhizobiuin efli, extensa, diversa y altamente competitiva, impide que las cepas introducidas como inoculante formen nódulos. Para resolver esta dificultad, varios grupos de distintos países, abordaron el estudio de la competencia de Rhizobium para crear nódulos.
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