Prospective analysis of agricultural bioinoculants in Colombia: an expert consultation

Artículos científicosProductivity and sustainability of agriculture in Colombia can be influenced positively through the use of biodiversity for the production of bioinoculants. They were analyzed in the medium and long term, the future scenarios generated by the regulations involved in the technological advancement of bio-products through the application of a Delphi survey, with the participation of 23 experts in bio-products, taking into account the three dimensions sustainable development. Based on this study, it was found that 65% of the experts believe that the impact of innovation and technological development of the use of bio- products in agricultural production, has a high economic impact with a significant level of agreement (≥0.05). Additionally, 65% selected as the best scenario, in which conditions that promote greater development, access and application of bio-products, so that the rate of adoption of technology is increased by the producers to make. In conclusion, beyond the level of technological development is necessary to revise the legislative process for the marketing of bio-products, it was clear that the future success of the industry in the production of biological products depend on the management of innovative enterprises, efficient marketing thereof, education and transfer to producers and the progress of the investigation

Monibac :un biofertilizante con base en cepas nativas de Azobacter sp. para incrementar la productividad y sostenibilidad del algodonero.

El artículo presenta los conceptos generales sobre los biofertilizantes, el monibac y las recomendaciones de uso, el desarrollo de la producción de monibac donde se encuentra la producción en medio líquido de un biofertilizante basado en Azobacter, la producción en medio sólido de un biofertilizante basado en Azobacter, la evaluación del biofertilizante en soporte líquido y sólido en invernadero y la evaluación del biofertilizante en soporte líquido y sólido en campo, la respuesta de otras especies a la inoculación y las proyecciones.Algodón-Gossypium herbaceumBiofertilizante Monibac®, promueve el crecimiento vegetal y sustituye la fertilización nitrogenada en el pasto guinea (Megathyrsus maximus) y algodón (Gossypium hirsitum

Microorganismos nativos como fertilizantes biológicos en leguminosas arbóreas

La tendencia mundial de la agricultura sostenible está enfocada al estudio de microorganismos del suelo, en particular en los aspectos ecológicos genéticos, bioquímicos fisiológicos, nutricionales de protección de las plantas y de su contribución a una productividad sostenida con el mínimo de deterioro ambiental

Mecanismos de acción de las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal.

The population dynamics of the human race has led to the exploitation of natural resources in search of a way to meet the nutritional needs of the billions of people inhabiting the planet. This need has led to the use of high-efficiency materials in agriculture, plant varieties with shorter production cycles that are also resistant to pests and diseases, and chemicals that provide protection against biotic factors (pests and disease), additionally the nutrients required to grow plants. However, the strategies used in modern agriculture have led to negative environmental impacts that we have yet to fully understand. Groundwater contamination, eutrophication, increased greenhouse gases, and the accumulation of toxic substances in the food chain are some of the serious problems that have arisen worldwide due to the indiscriminate use of agrochemicals. As an alternative to the use of these substances, the use of rhizopheric bacteria has been proposed owing to its known action as plant growthpromoting bacteria (PGPB). These bacteria are able to stimulate plant growth directly and indirectly and have several complex mechanisms that interact with each other to establish beneficial relationships, especially with the roots of target plants. The study and understanding of PGPR have been the subjects of great importance in many studies at a global level. This review, therefore, aims to better understand the mechanisms of plant growth-promoting rhizobacteria on plant development and their role in nutrient cycling.  La dinámica poblacional de la especie humana ha llevado a que la explotación de los recursos naturales, en búsqueda de suplir las necesidades alimenticias de los miles de millones de personas que habitan el planeta. Esta necesidad ha llevado a la utilización de materiales de alta eficiencia en la agricultura, variedades vegetales resistentes a plagas y enfermedades con ciclos de producción más cortos, agroquímicos que surten las necesidades nutricionales y provean protección frente factores bióticos adversos (plagas y enfermedades). Sin embargo, estas estrategias utilizadas en la agricultura moderna han generado impactos ambientales negativos que aún no comprendemos. La contaminación de aguas freáticas, eutrofización, aumento de gases de invernadero y acumulación de sustancias toxicas en la cadena trófica, son algunos de los graves problemas que se presentan por el uso indiscriminado de agroquímicos. Como alternativa a la utilización de estas sustancias, se ha propuesto el uso de bacterias rizosféricas que tienen reconocida acción sobre el crecimiento y desarrollo vegetal (PGPR, por sus siglas en ingles). Estas bacterias son capaces de estimular el desarrollo de las plantas de manera directa e indirecta y poseen una serie de mecanismos complejos que interactúan entre sí para establecer relaciones benéficas, especialmente con las raíces de las plantas objetivo. El estudio y entendimiento de las PGPR han sido temas de gran importancia en muchas investigaciones a nivel mundial, por esta razón esta revisión tiene por objetivo hacer una revisión parcial para dar a conocer los mecanismos que poseen las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal en el desarrollo de las plantas, así como el papel que desempeñan en el ciclaje de nutrientes. 

Efecto de diferentes temperaturas de almacenamiento sobre la calidad de bioinoculantes turbosos

The nitrogen is one of the most important elements to the development of crops. In the environment, this element is fixed in the soil by a fertilizer, natural phenomenon and by the action of nitrogen fixing bacteria (NFB), with the last one been considered the most relevant mechanism. Besides, some NFB has additional abilities such as the production of phytohormones that improves the plant growth. Due to the importance of crops like corn, rice and barley in the alimentary security, emerges the need of developing inoculants with high quality based on obligated and facultative endophytic diazotrophic bacteria. Positive effects of the inoculation on plant growth cultivated in greenhouse and field conditions have been observed, despite of the variability response to the bacterial inoculation. In order to determine the main factor that affects the bacterial population in these storage inoculants conditions, it was evaluated the number of different diazotrophic bacteria cells inoculated in the peat and stored at two temperatures as well as the pH and humidity contends, during 150 days. The results show that neither the pH level nor the humidity affected significantly the population of the diazotrophic bacteria present in the peat during the evaluation period (P < 0.05).  El nitrógeno es uno de los elementos más importantes para el buen desarrollo de los cultivos. En el ambiente este elemento es aportado al suelo por fertilización química, fenómenos naturales y fijado biológicamente, siendo esta fijación biológica el mecanismo más importante. Además, algunos de los microorganismos poseen beneficios adicionales como la producción de fitohormonas, solubilización de fosfatos, producción de acc-deaminasa y de sideróforos. Gracias a estas cualidades, las bacterias promotoras de crecimiento vegetal (PGPR) han sido utilizadas en el desarrollo de biofertilizantes con el fin de reducir el uso de abonos nitrogenados de síntesis química. Dentro de este campo es de vital importancia para la comercialización de biofertilizantes conservar su calidad el mayor tiempo posible, para lograr mejor integración del producto a la cadena productiva. En este estudio se utilizaron inoculantes obtenidos a partir de 4 bacterias diazotróficas: Azospirillum brasilense Sp245, Azospirillum amazonense Y2, Herbaspirillum seropedicae ZAE94 y Rhizobium tropici BR322 y se determinó el efecto de almacenarlos a 2 temperaturas: 30 °C y ambiente (19 °C – 26 °C) durante 150 días sobre el número de células, determinando si hay variación en la humedad y el pH del producto. Se encontró que el pH y la humedad no variaron y no afectaron el número de microorganismos del producto. Almacenar los inoculantes a temperatura ambiente mantuvo la población por encima del 108 células por gramo de turba, mientras que a 30 °C, solamente el inoculante basado en Rhizobium tropici BR322 tuvo una población superior.   

Estandarización de un medio de cultivo complejo para la multiplicación de la cepa C50 de Rhizobium sp.

The indiscriminate use of chemical fertilizers, its process of production and its application had increased the costs of agricultural production and the environmental problems because of the pollution of air, soil and water sources. The alternative is the use of biological fertilizers as an economical and clean tool in order to sustainable management of ecosystems. However, in the escalation processes of a biofertilizer the costs of production could increase due to the type of formulation and the culture media used for the multiplication of the bacteria. This research, by using statistical designs sequentially, presents the standardization of an economical culture media used to multiply the strain C50 ofRhizobium sp. From eight nutritional sources, five were selected taking as criteria the low economical costs and the availability of above mentioned nutritional sources; from these five sources, three of them influenced the development of the strain significantly. The optimized composition of the alternative culture media included glycerol, molasses, glutamate, yeast extract and salts. There were no significantly differences in the growth of the strain C50 in the alternative culture media compared with the traditional one (yeast extract – mannitol); nor in viability of the strain growth on traditional media culture compared with the alternative one, when it was inoculated on peat. The inoculants conserved its quality in refrigeration during 30 days. The strains J01, T14 and C2 showed a better rate of growth on the alternative culture media; it was not show significant differences in the counts between the strains J01 and T14; whereas, the strain C2 growth better in the alternative culture media. El uso indiscriminado de fertilizantes químicos y su proceso de obtención y aplicación ha incrementado los costos de producción agrícola y los problemas ambientales debido a la contaminación del aire, el suelo y las aguas. Se ha planteado como alternativa la aplicación de fertilizantes biológicos como una herramienta económica y limpia para el manejo sostenible de los ecosistemas. Sin embargo, en los procesos de escalamiento de un biofertilizante pueden incrementarse los costos de producción debido al tipo de formulación y a los medios de cultivo empleados para la multiplicación de las bacterias. Esta investigación, con base en el uso secuencial de diseños estadísticos, presenta la estandarización de un medio de cultivo económico para la multiplicación de la cepa C50 de Rhizobium sp. De ocho fuentes nutricionales se seleccionaron cinco, teniendo como criterios los menores costos económicos y la disponibilidad de dichas fuentes; de estas cinco, tres influyeron significativamente sobre el desarrollo de la cepa. La composición optimizada del medio alterno incluyó glicerol, melaza, glutamato, extracto de levadura y sales. No se presentaron diferencias significativas en el crecimiento de la cepa C50 en el medio alterno comparado con el tradicional (levadura-manitol), ni en la viabilidad de la cepa crecida en el medio tradicional respecto al alterno, cuando se inoculó sobre turba. El inoculante conservó su calidad en refrigeración durante 30 días. Las cepas J01, T14 y C2 mostraron buen índice de crecimiento sobre el medio alterno; no se presentaron diferencias significativas en los recuentos entre las cepas J01 y T14, mientras que la cepa C2 creció mejor en el medio alterno.  

Aplicación de diseños estadísticos secuenciales en la identificación de fuentes nutricionales para Azotobacter chroococcum AC1.

The mass multiplication of plant growth promoting bacteria is a fundamental aspect in the production of bioinoculants. In order to evaluate an experimental strategy that would identify nutritional factors that influence the growth of Azotobacter chroococcum AC1 strain, the sequential application of statistical designs (Placket-Burman design, 27-3 factorial design, steepest ascent method, and response surface analysis) was performed. Eleven nutritional sources: glucose, sucrose, glycerol, starch, monosodium glutamate, urea, commercial yeast, yeast extract, MgSO4·7H2O, K2HPO4·3H2O, and mineral solution were evaluated. Sequential statistical design application proved to be a reliable experimental strategy, allowing 9x109 cfu/mL production from an optimal ration between yeast extract, monosodium glutamate, glucose, K2HPO4·3H2O, MgSO4·7H2O, and mineral solution.  La multiplicación masiva de bacterias promotoras de crecimiento vegetal es un aspecto fundamental para la producción de bioinoculantes. Con el objetivo de evaluar una estrategia experimental que permitiera identificar factores nutricionales con influencia sobre la multiplicación de Azotobacter chroococcum AC1, se realizó la aplicación secuencial de diseños estadísticos (Placket-Burman, diseño factorial 27-3, máxima respuesta ascendente y análisis de superficie de respuesta). Se evaluaron once fuentes nutricionales: glucosa, sacarosa, glicerol, almidón, glutamato monosódico, urea, levadura comercial entera, extracto de levadura, MgSO4·7H2O, K2HPO4·3H2O y solución de microelementos. Los resultados evidenciaron que la aplicación en secuencia de diseños estadísticos demostró ser una estrategia confiable permitiendo una producción de células viables de 9x109 ufc/mL luego de 24 horas del proceso de multiplicación, empleando una combinación óptima estimada basada en extracto de levadura, glutamato monosódico, glucosa, K2HPO4·3H2O, MgSO4·7H2O y solución de micronutrientes.

Aplicación de diseños estadísticos secuenciales en la identificación de fuentes nutricionales para Azotobacter chroococcum AC1.

The mass multiplication of plant growth promoting bacteria is a fundamental aspect in the production of bioinoculants. In order to evaluate an experimental strategy that would identify nutritional factors that influence the growth of Azotobacter chroococcum AC1 strain, the sequential application of statistical designs (Placket-Burman design, 27-3 factorial design, steepest ascent method, and response surface analysis) was performed. Eleven nutritional sources: glucose, sucrose, glycerol, starch, monosodium glutamate, urea, commercial yeast, yeast extract, MgSO4·7H2O, K2HPO4·3H2O, and mineral solution were evaluated. Sequential statistical design application proved to be a reliable experimental strategy, allowing 9x109 cfu/mL production from an optimal ration between yeast extract, monosodium glutamate, glucose, K2HPO4·3H2O, MgSO4·7H2O, and mineral solution.  La multiplicación masiva de bacterias promotoras de crecimiento vegetal es un aspecto fundamental para la producción de bioinoculantes. Con el objetivo de evaluar una estrategia experimental que permitiera identificar factores nutricionales con influencia sobre la multiplicación de Azotobacter chroococcum AC1, se realizó la aplicación secuencial de diseños estadísticos (Placket-Burman, diseño factorial 27-3, máxima respuesta ascendente y análisis de superficie de respuesta). Se evaluaron once fuentes nutricionales: glucosa, sacarosa, glicerol, almidón, glutamato monosódico, urea, levadura comercial entera, extracto de levadura, MgSO4·7H2O, K2HPO4·3H2O y solución de microelementos. Los resultados evidenciaron que la aplicación en secuencia de diseños estadísticos demostró ser una estrategia confiable permitiendo una producción de células viables de 9x109 ufc/mL luego de 24 horas del proceso de multiplicación, empleando una combinación óptima estimada basada en extracto de levadura, glutamato monosódico, glucosa, K2HPO4·3H2O, MgSO4·7H2O y solución de micronutrientes.

Bioinoculants industry for agricultural use in Colombia

Artículo científicoBio-products are primarily produced by using plant growthpromoting bacteria. This group of microorganisms is composed of different genera with the capability to stimulate plant growth increasing their productivity and promoting bio-control. The use of such microorganisms in Colombian agriculture has been highlighted to generate significant changes in production systems. The industry of bio-products was characterized using three parameters: i. records of bioproducts at the Colombian Agricultural Institute -ICA, ii. the patents recorded at the Superintendence of Industry and Commerce -SIC and iii. the Accession request to the genetic resources tool at the Ministry of Environment, Housing and Territorial Development - MADS, within 2004-2011. One hundred eleven records of bio inoculants were found in Colombia, destined mainly to ornamental crops (24.7%), vegetables (16.3%), and cereals (13.2%). At patent level thirteen ones were identified, nine found in the International Patent Classification IPC - recognized by the Organization for Economic Cooperation and Development - OECD. The access to the database of MADS genetic resource allowed to identify 16 applications. Only one microorganism Bacillus thuringiensis was registered at all the assessed institutions. It was concluded that the development of bio-products in Colombia is only emerging in the encouragement research of the use of the microbial biodiversity, as well as the processes regarding patent register of production processes

Producción de forraje y respuesta animal en suelos del valle del Cesar en proceso de recuperación

The 90% of potential agricultural soils in Cesar (Colombia) are affected by varying degrees of impairment, negatively impacting livestock production, which is one of the most important economic activities in the region. The aim of the study was to contribute to the recovery of degraded grasslands, to progress in rescuing the productive capacity of the affected areas and to improve the sustainability and competitiveness of beef production in this region, by implementing practices in sustainable land management. In assessing weight gains, a completely randomized design was used with repeated measurements over time and the obtained data was subjected to analysis of variance. Sustainable practices were used consisting of appropriate tillage, green manure (Vigna unguiculata), establishment of vegetationwith grasses and legumes (Bothriochloa pertusa, Leucaena leucocephala and Clitoria ternatea) and rotational grazing. We performed a comparative evaluation of feed production and weight gains in calves. The results revealed an increase in dry matter production per unit area and weight gain/animal/day which increased (P≤0.05) by 44.2% and 46.3%, respectively where sustainable practices were applied compared to the control; the highest (P≤0.05) weight gain / ha was seen in the experimental treatment (230.5 kg ha-1) in relation to the control (145.7 kg ha-1).  El 90% de los suelos con potencial agropecuario en el departamento del Cesar (Colombia) están afectados por diversos grados de deterioro, impactando de manera negativa la producción ganadera, la cual es una de las actividades económicas más importantes de la región. El objetivo del estudio fue contribuir con la recuperación de las praderas degradadas, avanzar en el rescate de la capacidad productiva de las áreas afectadas y en el mejoramiento de la sostenibilidad y competitividad de la producción de carne bovina en esta región, mediante la implementación de prácticas sostenibles en el manejo de los suelos. En la evaluación de las ganancias de peso se aplicó un diseño completamente al azar con medidas repetidas en el tiempo y la información obtenida se sometió a análisis de varianza. Se aplicaron prácticas sostenibles consistentes en labranza apropiada, incorporación de abonos verdes (Vigna unguiculata), establecimiento de cobertura vegetal con gramíneas y leguminosas asociadas (Bothriochloa pertusa, Leucaena leucocephala y Clitoria ternatea) y rotación de potreros. Se realizó una evaluación comparativa de la producción de forraje y de las ganancias de peso con terneros de levante. Los resultados revelaron un aumento de la producción de materia seca por unidad de área y de las ganancias de peso/animal/día, las cuales fueron superiores (P≤0,05) en 44,2% y 46,3%, respectivamente, donde se aplicaron prácticas sostenibles comparadas con el testigo; se obtuvo mayor (P≤0,05) ganancia de peso/ha en el tratamiento experimental (230,5 kg ha-1) en relación con el testigo (145,7 kg ha-1).