La microbiología del suelo es esencial para la productividad agrícola, debido a los diversos beneficios de los microorganismos en las propiedades del suelo y el crecimiento de las plantas. El análisis microbiológico del suelo surge como una herramienta importante para evaluar la calidad del suelo y el potencial productivo.

El creciente interés en la microbiología del suelo se debe a la contribución de los microorganismos a la productividad y sostenibilidad agrícola. La concientización de investigadores, productores rurales y empresas de insumos biológicos sobre la importancia de la actividad biológica para la agricultura ha influido en la creación y adaptación de técnicas y herramientas que permiten ampliar el conocimiento sobre los microorganismos.

La microbiología del suelo es la rama de la ciencia que se ocupa del estudio de los microorganismos que habitan en el suelo, sus funciones y cómo afectan las propiedades del suelo en ambientes naturales o agrícolas. Pertenece a un segmento de la ciencia del suelo que se ocupa de los microorganismos que habitan el suelo, sus funciones y actividades dentro del ecosistema del suelo. 

Importancia de los microorganismos

             Sin microorganismos, los suelos y, en consecuencia, la agricultura difícilmente existirían. Pero, ¿cómo son tan importantes estos ayudantes microscópicos e invisibles?

La respuesta es simple, los microorganismos son uno de los factores que forman el suelo. La acción conjunta de los organismos (incluidos hongos y bacterias) y el clima sobre las rocas (material de origen) insertadas en un determinado relieve, dan como resultado la formación del suelo, que viene dada por la interacción de estos factores a lo largo del tiempo.

El suelo es considerado un medio heterogéneo, debido a sus diversas propiedades químicas y físicas, lo que influye directamente en la diversidad microbiana que se encuentra en este hábitat.

Microbioma del suelo

El conjunto de microorganismos presentes en el suelo, tales como hongos, bacterias, algas, protozoos, etc., se conocen como microbioma del suelo.

El microbioma, o conjunto y diversidad de microorganismos que habitan el suelo, son componentes vivos de la materia orgánica del suelo, siendo responsables de una variedad de “servicios ecosistémicos”, fundamentales para la productividad agrícola, el ciclo de nutrientes y el mantenimiento de la calidad de los ambientes naturales y agrícolas.

Se estima que en un gramo de suelo se encuentran alrededor de mil millones de bacterias, un millón de actinobacterias y cien mil hongos, y estas cifras varían según las condiciones del suelo y las prácticas utilizadas.

Cada grupo de microorganismos del suelo tiene diferentes funciones y viven en asociación, y esta interacción influye en la fertilidad del suelo y, en consecuencia, en la productividad de los cultivos.

Función de los microorganismos

       Los microorganismos del suelo son responsables de una serie de actividades, como el ciclo de nutrientes, la descomposición de residuos vegetales y la formación de materia orgánica en el suelo, contribuyendo positivamente a la estructura y otras características físicas del suelo.

       Además, los microorganismos actúan en varios procesos que favorecen el crecimiento de las plantas, como la fijación biológica de nitrógeno, convirtiendo el nitrógeno atmosférico en especies nitrogenadas que son absorbidas por las plantas. La solubilización y disponibilidad del fósforo fijado en el suelo para las plantas, cuyos mecanismos son variados y se relacionan principalmente con la liberación de ácidos orgánicos, producción de enzimas como fosfatasas y fitasas por parte de microorganismos, entre otros mecanismos.

Los microorganismos también producen hormonas, incluidas auxinas, citoquininas y giberelinas, que desempeñan un papel directo en la promoción del crecimiento de las plantas, el alargamiento de las células y la tolerancia al estrés abiótico, como la sequía y la alta salinidad.

Análisis microbiológico del suelo

      La gran variedad de microorganismos y procesos donde actúan, así como sus beneficios en el desarrollo y crecimiento de las plantas aún no se conocen por completo. Lo que sí se conoce es el papel fundamental de estos seres microscópicos en la fertilidad y calidad del suelo.

      Los suelos con alta diversidad y abundancia de microorganismos son menos susceptibles a la degradación e incidencia de plagas y enfermedades en las plantas, evidenciando el efecto benéfico de estos seres microscópicos.

      Así, además del tradicional análisis físico-químico del suelo, el uso del análisis microbiológico ha ido creciendo a un ritmo acelerado.

      Los análisis microbiológicos se dividen en tres tipos, siendo el conteo de microorganismos y la evaluación de la actividad microbiana los más utilizados, debido a su facilidad. Sin embargo, se recomienda una combinación de métodos para estimar la comunidad microbiana y su biomasa.

Recuento de microoganismos

Realizado utilizando microscopios y empleando técnicas de cultivo de laboratorio. Este tipo de análisis también se utiliza para la detección de organismos fitopatógenos, dependiendo de los protocolos ya establecidos.

Aunque estos métodos son relativamente simples, terminan subestimando la comunidad microbiana, ya que algunas especies de microorganismos no crecen en medios de cultivo artificiales. Además, cada protocolo de cultivo está dirigido a uno o un pequeño grupo de microorganismos, no pudiendo abarcar la evaluación de múltiples microorganismos.

Debido a las dificultades asociadas con las técnicas de conteo y microscopía para estimar la biomasa microbiana en el suelo, se han desarrollado otras técnicas. La evaluación de la actividad microbiana mediante el análisis de uno o más componentes bioquímicos es una de las alternativas para estimar la biomasa microbiana. 

Evalución de la actividad microbiana

      Método basado en la determinación de la actividad de los microorganismos que actúan sobre el suelo. De esta forma, se evalúan índices de determinados procesos que realizan en el suelo. Existen varios métodos para medir la actividad microbiana, como la tasa de fijación de nitrógeno o la actividad metabólica total en un suelo (Frighetto & Valarini, 2000).

      La determinación de la actividad enzimática del suelo es una de las metodologías más utilizadas para evaluar la actividad microbiana. Embrapa desarrolló BioAS – Tecnología de Bioanálisis de Suelos, lanzada en 2020 (Embrapa, 2021), que abarca determinaciones de las actividades de las enzimas arilsulfatasa y beta-glucosidasa, asociadas a los ciclos del azufre y del carbono, respectivamente.

      Como están directa o indirectamente relacionadas con el potencial productivo y la sostenibilidad del uso del suelo, estas enzimas funcionan como bioindicadores y ayudan a evaluar la salud del suelo. Los análisis de las actividades de estas enzimas se han combinado con algunas determinaciones de la fertilidad y textura del suelo para calcular el Índice de Calidad del Suelo (ICS) (Mendes et al., 2018). 

Análisis genético

        No tan habitual como los anteriores, este tipo de análisis ofrece varias ventajas, pero requiere técnicas más sofisticadas. El análisis genético de microorganismos comenzó a utilizarse hace algún tiempo en el ámbito académico, pero su uso se ha expandido comercialmente a lo largo de los años.

        En general, el análisis genético del suelo implica pasos como la recolección de muestras de suelo, la extracción de ADN, seguido de la amplificación (PCR) y la secuenciación de ciertas regiones que marcan la presencia de los organismos que se pretenden identificar. Es un análisis más completo e integrado de un suelo, en comparación con las técnicas más tradicionales, proporcionando una descripción detallada de los aspectos taxonómicos y funcionales del suelo.

        Para el desarrollo de bioinsumos, el análisis genético es una herramienta importante, ya que permite la identificación de nuevos activos biológicos. El desarrollo de un bioinsumo comienza con la bioprospección, que consiste en el descubrimiento de nuevas especies de organismos con potencial uso en procesos biotecnológicos, así como la investigación de cómo estos organismos se relacionan a nivel molecular. Más informaciones en el e-book de Bioinsumos.

Laboratorio de Microbiología del Suelos

      Realizar análisis microbiológicos de suelos en laboratorios de química de suelos es ventajoso desde un punto de vista práctico y comercial.

      El recuento de microorganismos y la evaluación de la actividad microbiana se basan en procedimientos analíticos simples y, a menudo, no requieren inversión en la compra de equipos costosos. La evaluación de la actividad microbiana, por ejemplo, requiere equipos básicos de microbiología y espectrofotómetros en el espectro visible, estos últimos fáciles de encontrar en los laboratorios de suelos.

     La selección del equipo se basa en las metodologías utilizadas. En general, los equipos enumerados a continuación se utilizan generalmente en ensayos microbiológicos: 

Cabina de seguridad biológica, protección al usuario y a la muestra durante la inoculación lo que evita riesgos de contaminación.  

Autoclave vertical, esterilización de medios de cultivo y disposición de las muestras.

Estufa para secado y esterilización, modelo TE-393/80L o TE-393/180L: secado de vidriería y materiales.

Estufa bacteriológica, modelo TE-392/93L o TE-392/170L: crecimiento y multiplicación de microorganismos.

Espectrofotómetro digital UV/VIS, estandarización del inóculo, evaluación de compuestos enzimáticos, etc.

Bomba Dosificadora de Líquido, llenado de placas de Petri con medios de cultivo o con el Dispensador automático. Puede ser realizado de manera automática a través de un Dosificador de medio de cultivo.

Incubadora, modelo TE-3911 o TE-371/240L para la incubación de muestras después de la inoculación de microorganismos.

Incubadora Shaker: para el crecimiento de microorganismos, mediante agitación orbital y control de temperatura. Los siguientes modelos se pueden utilizar según sea necesario: Incubadora con agitación orbital, modelo TE-4200 y TE-4200/1, Incubadora refrigerada con agitación, modelo TE-424 e Incubadora orbital refrigerada, modelo TE-421. 

Contador de colonias, modelo CP-600/1: aumento del tamaño, lo que permite una mayor nitidez y realce para el conteo de colonias. También se pueden utilizar el Contador automático de colonias.

Microscópio biológico binocular, utilizado para aumentar el tamaño de las células, ayudando en el conteo, e identificación, etc.

El agua utilizada para la preparación de medios y soluciones y en otros análisis de laboratorio debe estar libre de impurezas orgánicas e inorgánicas para garantizar resultados precisos y reproducibles. Para obtener agua de calidad, se deben usar equipos como destiladores de agua,  ósmosis inversa o deionizadores de agua. Más información sobre el TRATAMIENTO Y FILTRACIÓN DEL ÁGUA PARA ANÁLISIS DE LABORATÓRIO en el artículo de nuestro blog.

Consideraciones finales

El equilibrio de las características físicas, químicas y biológicas del suelo son fundamentales para la productividad agrícola.

El análisis microbiológico consiste en evaluar la presencia de microorganismos y su actividad en un suelo determinado en función de los diversos beneficios que ejercen sobre el crecimiento de las plantas y la fertilidad del suelo.

La inclusión de análisis microbiológicos, asociados al análisis físico y químico del suelo, puede brindar un panorama general del estado del suelo y posibilitar la adopción de prácticas agrícolas más sostenibles, contribuyendo para aumentar su potencial productivo.

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Referencias

       FRIGHETTO, R.T.S.; VALARINI, P.J. (Coords.). Indicadores biológicos e bioquímicos da qualidade do solo: manual técnico. Jaguariúna: Embrapa Meio Ambiente, 2000. 198p. (EMBRAPA Meio Ambiente – Documentos, 21).

       Mendes, I. C., Sousa, D. M. G., Reis Junior, F. B. D., and Lopes, A. A. C. (2018). Bioanálise de solo: como acessar e interpretar a saúde do solo. Vol. Circular Técnica 38, pp. 24p. EMBRAPA, Brasília.

       EMBRAPA. Tecnologia BioAS : uma maneira simples e eficiente de avaliar a saúde do solo / Iêda de Carvalho Mendes ... [et al.]. – Planaltina, DF : Embrapa Cerrados, 2021. 50 p. (Documentos / Embrapa Cerrados, ISSN 1517-5111, ISSN online 2176-5081, 369.