El uso de fertilizantes nitrogenados de síntesis química en la agricultura es una práctica habitual que se viene aplicando desde el inicio de la primera revolución verde. Tras más de 50 años de aplicación, están apareciendo serios problemas medioambientales asociados a su uso. Se estima que la mayor parte del nitrógeno aplicado a los cultivos en la agricultura intensiva acaba contaminando acuíferos, lagos y ríos, generando problemas de eutrofización y pérdida de biodiversidad. Este fenómeno afecta especialmente a zonas como las marismas del Guadalquivir, que contiene la mayor superficie de España dedicada al cultivo del arroz, y una de las zonas más productivas de Europa. Esta área, que alberga el Parque Nacional de Doñana, se encuentra en una situación de riesgo ambiental y actualmente está catalogada como zona vulnerable a la contaminación por nitratos. Ante esta problemática, la búsqueda de alternativas sostenibles es urgente. El uso de biofertilizantes basados en microorganismos, como las cianobacterias fijadoras de nitrógeno, se ha ido popularizando en los últimos años. Estas bacterias, presentes en humedales y suelos, tienen la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico aportándole a las plantas este nutriente de forma natural y sostenible.  Los resultados obtenidos en diferentes estudios nos han permitido demostrar por primera vez que la cianobacteria Nostoc punctiforme es capaz de colonizar el interior de las células de la raíz del arroz, potenciando el crecimiento y desarrollo de las plantas (Figura 1). (Álvarez et al, 2020; Álvarez et al, 2022; Álvarez et al, 2023).

Hemos logrado aislar y caracterizar genéticamente un banco de más de 400 cepas de cianobacterias autóctonas de las marismas del Guadalquivir, que no han sido identificadas previamente. Hemos evaluado el tipo de colonización que presentan estas estirpes mediante microscopía confocal (Figura 1B). Estamos particularmente interesados en las estirpes que han demostrado una notable afinidad por las raíces del arroz, colonizando intracelularmente las células epidérmicas de la raíz de este cereal ya que esto indica su idoneidad como biofertilizantes. Para identificar los candidatos más prometedores, hemos evaluado otras características importantes, como la actividad de fijación de nitrógeno, capacidad de solubilización de hierro, liberación de hormonas, y su potencial para estimular el crecimiento de las plantas y aumentar la producción de arroz. Los resultados preliminares han sido alentadores, mostrando un aumento considerable en los rendimientos de arroz, incluso en ensayos de campo abierto y en ambientes con presencia de nitrógeno (Figura 1C) (Iniesta-Pallarés et al., 2021). Investigaciones recientes han demostrado que estas cianobacterias también son efectivas en otros cultivos, como el algodón, reforzando su potencial en el desarrollo de una agricultura sostenible (Jiménez-Ríos L, et al 2024). Este enfoque innovador no solo contribuye a la mejora del rendimiento agrícola, sino que representa una solución ecológica para reducir la dependencia de fertilizantes químicos, proteger el entorno de Doñana y promover una agricultura más respetuosa con el medio ambiente.

Referencias

-Álvarez C, Navarro JA, Molina-Heredia FP and Mariscal V (2020). Mol. Plant Microbe Interact. 33: 1040–1045. DOI: 10.1094/MPMI-01-20-0015-SC.
-Iniesta-Pallarés M, Álvarez C, Gordillo-Cantón FM, Ramírez-Moncayo C, Alves-Martínez P, Molina-Heredia FP and Mariscal V. (2021). Applied Sciences.11: 4628. DOI:10.3390/app11104628
-Álvarez C, Brenes-Álvarez M, Molina-Heredia FP, Mariscal V (2022). Plant Cell Physiol. 63(10):1433-1445. DOI:  10.1093/pcp/pcac043.
-Álvarez C, Jiménez-Ríos Lucía, Iniesta-Pallarés M, Jurado-Flores A, Molina-Heredia FP, Ng CKY, Mariscal V. (2023). Journal of Experimental Botany. 74 (17): 5418. DOI:10.1093/jxb/erad261
– Jiménez-Ríos L, Torrado A, González-Pimentel JL, Iniesta-Pallarés M, Molina-Heredia FP, Mariscal V, Álvarez C (2024). Science of the Total Environment. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.171533.