Caracterización de microorganismos aislados de suelo para la biodegradación de residuos agrícolas del cultivo de banano (Musa AAA)

Abstract

El cultivo del banano, en términos de producción, es el cuarto más importante a nivel mundial y es una de las principales actividades socioeconómicas de Costa Rica. Sin embargo, alrededor del 67% de la biomasa total producida corresponde a residuos agrícolas: pseudotallo, hojas y raquis, los cuales se componen principalmente por biopolímeros como la celulosa y la lignina. En la actualidad esta biomasa residual no tiene un manejo para su aprovechamiento como fuente potencial de materia orgánica y nutrimentos. No obstante, la biodegradación asistida por microorganismos puede ser una alternativa biotecnológica para el manejo de los residuos agrícolas del cultivo de banano. Se realizó la caracterización de microorganismos aislados de suelo de plantaciones de banano del Caribe de Costa Rica, para la biodegradación de residuos agrícolas del cultivo de banano (Musa AAA). Muestras compuestas de suelo de tres fincas bananeras que implementan el sistema de siembra en hexágono, se inocularon en el medio de enriquecimiento Bushnell Haas suplementado con 1% de residuos agrícolas como única fuente de carbono. Luego de los periodos de incubación se determinó la tasa de biodegradación según el peso y la relación C/N, mediada por los consorcios de los microorganismos desarrollados, el índice de diversidad a través del análisis DGGE y se aislaron cepas de microorganismos con actividad celulolítica y lignolítica en placas con agar Bushnell Haas con 0.5 % de carboximetilcelulosa y 0.5 % de lignina alcalina (guaiacol 0.2 %), respectivamente. Los aislamientos que presentaron halos de hidrólisis > 2 mm fueron identificados molecularmente. La tasa de biodegradación promedio de los residuos agrícolas del cultivo de banano varió entre el 21.41 y 50.52 % según la relación C/N. De los consorcios de microorganismos desarrollados en cada tratamiento, se aislaron 19 cepas con actividad celulolítica, las cuales presentaron halos de hidrólisis promedio entre 2.09 y 14.3 mm. No se aislaron cepas con actividad lignolítica. Las cepas identificadas se ubicaron en clados correspondientes a 11 géneros diferentes, los de mayor abundancia fueron Burkholderia spp., Aeromonas spp. y Flavobacterium spp. La implementación de buenas prácticas agrícolas y el sistema de siembra hexagonal repercute positivamente en la tasa de biodegradación de los residuos agrícolas a través de la proliferación de microorganismos benéficos. Se debe promover la investigación de biotecnologías que implementen buenas prácticas agrícolas en función del mejoramiento de las condiciones de producción del cultivo de banano, de la reducción del consumo de agroquímicos y el manejo de los recursos naturales.

Banana cultivation, in terms of production, is the fourth most important worldwide and is one of the main socioeconomic activities in Costa Rica. However, around 67% of the total biomass produced corresponds to agricultural residues: pseudostem, leaves and rachis, which are mainly composed of biopolymers such as cellulose and lignin. Currently, this residual biomass is not managed for its use as a potential source of organic matter and nutrients. However, biodegradation assisted by microorganisms can be a biotechnological alternative for the management of agricultural residues from banana cultivation. The characterization of microorganisms isolated from the soil of banana plantations in the Caribbean of Costa Rica was carried out, for the biodegradation of agricultural residues from the banana crop (Musa AAA). Composite soil samples from three banana farms implementing the hexagon planting system were inoculated into Bushnell Haas enrichment medium supplemented with 1% agricultural residues as the sole carbon source. After the incubation periods, the biodegradation rate was determined according to the weight and the C/N ratio, mediated by the consortia of the developed microorganisms, the diversity index through the DGGE analysis, and strains of microorganisms with cellulolytic and cellulolytic activity were isolated. lignolytic on Bushnell Haas agar plates with 0.5% carboxymethylcellulose and 0.5% alkaline lignin (0.2% guaiacol), respectively. The isolates that presented hydrolysis halos > 2 mm were molecularly identified. The average biodegradation rate of agricultural residues from the banana crop varied between 21.41 and 50.52 % according to the C/N ratio. From the consortia of microorganisms developed in each treatment, 19 strains with cellulolytic activity were isolated, which presented average hydrolysis halos between 2.09 and 14.3 mm. Strains with lignolytic activity were not isolated. The identified strains were located in clades corresponding to 11 different genera, the most abundant were Burkholderia spp., Aeromonas spp. and Flavobacterium spp. The implementation of good agricultural practices and the hexagonal planting system has a positive impact on the biodegradation rate of agricultural residues through the proliferation of beneficial microorganisms. Research into biotechnologies that implement good agricultural practices should be promoted based on the improvement of banana production conditions, the reduction of agrochemical consumption and the management of natural resources.