Este documento describe el proceso de fijación biológica de nitrógeno en leguminosas a través de la simbiosis con bacterias rizobios. La simbiosis permite que las leguminosas obtengan hasta un 90% de sus necesidades de nitrógeno sin usar fertilizantes químicos. El proceso involucra la formación de nódulos en las raíces donde los rizobios reducen el nitrógeno atmosférico a amonio que la planta puede utilizar. Esto beneficia tanto a la planta como a la bacteria y represent

2. Fijación simbiótica de Nitrógeno en
leguminosas

3. Introducción
El Nitrógeno es uno de los
minerales que demandan
mayor cantidad en plantas
cultivadas.
Uso
de
fertilizantes
nitrogenados para fijación
de N.
Una alternativa es la
fijación biológica de N, la
cual tiene un bajo costo
económico y no causa
daño al ambiente.
Los M.O. del suelo
establecen simbiosis con
las raíces del suelo.

4. • La simbiosis rizobio-leguminosa es de las más
utilizadas y estudiadas en la agricultura.
• Se estima que puede fijar de 24 hasta más de
584 kg de N/h.
• Abastece hasta un 90% de las necesidades de
la planta.

5. • Grupo de bacterias del suelo.
Proceso de infección y
• Establecen simbiosis con las
formación del nódulo.
raíces del suelo.
•Los rizobios invaden
los pelos radicales e
inducen la formación
de nódulos.
•El N molecular es
reducido a amonio.
•La planta toma el N y
la bacteria toma los
nutrientes.

6. Intercambio
de señales
químicas
La raíz
libera
flavonoides
Síntesis de
factores
Nod.
Respuesta
en la raíz.

7. La respuesta
ocurre en
una pequeña
área de la
raíz
Los rizobios
inducen una
hidrólisis en
la pared.
La membrana
celular se
invagina.
Se origina el
Hilo de
infección.

8. Proceso infección-formación del
nódulo.

9. Hilo de infección.
•Estructura tubular por el
cual penetran los rizobios.
•Se extiende y provee
acceso para las bacterias.
•Conforme se degrada, las
bacterias se liberan dentro
de la célula
•La fijación del N comienza
cuando el nódulo alcanza
su madurez (15-20 días).

10. Especificidad y diversidad de los
rizobios.
La relación es
especifica.
C/especie
nodula
número de
hospederos.
C/hospedero nodula
con un número
determinado de
especies de rizobios.

11. • Barrera para considerar la capacidad de
nodulación de las cepas de rizobios.
• Desarrollar una cepa universal.
• Interviene en los procesos de iniciación y
desarrollo de nodulación.
• Capacidad de fijación del N.

12. Diversidad de los rizobios.
•Centros de origen y
dispersión de las leguminosas.
•Aislamiento geográfico
puede conducir a
incompatibilidad
•El frijol tiene una amplia
diversidad, pues 5 especies
nodulan dichas leguminosas.
•Rhizobium leguminosarum
biovar phaseoli, Rhizobium
etli, Rhizobium tropici,
Rhizobium giardini y
Rhizobium gallium.

13. Clasificación de los Rizobios.
Década de 1980
Actualidad
• Se agruparon en 2 géneros:
• Rhizobium y
Bradyrhizobium
• Rapidez de crecer.
• Su taxonomía esta en
constante cambio.
• Solo un grupo de
leguminosas se han
estudiado.
• Los rizobios están
agrupados en 5 géneros.
• Se han encontrado 3
nuevas especies por año.

14. Competencia y supervivencia.
leguminosas
Noduladas por
cepas rizobios
nativo del
suelo.
No siempre
son efectivos
Estrategia:
selección de
cepas
sobresalientes.
Cepa
Características
deseables.

15. habilidad
capacidad
Persistencia.
Capacidad.
Nodulación
• Formar simbiosis efectiva con el hospedero.
• Competir con las cepas nativas del suelo
• Cuando el hospedero esta ausente.
• Adaptarse a diferentes condiciones de suelo.
• Efectiva ante una amplia gama de cultivos del mismo
género de leguminosas.

16. Competencia.
Cepas rizobios nativos del suelo
Cepas inocúladas.
• Baja efectividad.
• Se encuentran en alto
número en el suelo.
• Fijan bajas cantidades de N.
• Están distribuidos en por
donde crecerá la raíz del
hospedero.
• Más posibilidad de inducir
un mayor número de
nódulos.
• Barrera para
establecimiento y población
de cepas inocúladas.
• pierden habilidad para
establecerse y nodular con
éxito.
• Factores ambientales
adversos.
• Cantidad de nitratos en el
suelo.

17. La planta en la simbiosis
Leguminosas Noduladas

18. 20,000
50
Especies
Especies agrícolas
Frijol, soya, alfalfa,
chícharo, lenteja,
cacahuate y
garbanzo.

20. Fijación de nitrógeno y
demanda de carbono y
nitrógeno
• Interacción:
Bacteria –Planta-Ambiente
• Plantas de ciclo biológico
más corto fijan menos N
que las que tienen un ciclo
más largo.
•
Defoliación, reducción de
intensidad luminosa y
reducción de fotoperiodo
disminuyen la fijación de
N.

21. Leguminosas
anuales
• Fijación de N incrementa
durante el desarrollo
vegetativo.
• De afloración al llenado de
vaina, mayor cantidad de N
fijado.
• Durante llenado de vaina
menor fijación de N.
• Alto número de nódulos
activos hasta el llenado de
vaina, para abastecimiento
de N.

22. • Mayor asimilación de CO2 cuando el N es
fijado simbióticamente.
• Recuperación de CO2 vía enzima
fosfoenolpiruvato-carboxilasa para utilización
en la simbiosis.

23. PROCESO DE FIJACIÓN Y
ASIMILACIÓN DE NITRÓGENO

24. • Fijación de N se daentre 15 y 20 días después de la formación de los primeros
nódulos.
• Crece la demanda de C, percibiendo entre 13 y 28% de C producido por la
planta.
• Sacarosa aérea fuente principal de C que necesitan los nódulos.
• La sacarosa es metabolizada a través de la acción de la enzima sacarosa
sintetasa y enzimas glicolíticas para la fijación de N.
• El proceso de fijación se lleva a cabo en los bacteroides y es catalizado por la
enzima nitrogenasa.
• Durante el proceso de fijación las reacciones catalizadas por nitrogenasa
consumen energía en forma de ATP para reducir N a amonio.

25. • El amonio producido es liberado por el bacteroide y es
asimilado en el citoplasma de las células infectadas.
• NH3 difunde hacia el espacio del peribacteroide (EPB).
• El pH acido en el EPB favorece la protonación del NH3 a NH4.
• El NH4 es exportado desde el bacteroide hasta el citosol del
hospedero y es asimilado por diferentes vías.
• Una vez que el nitrógeno se ha asimilado es exportado fuera de
los nódulos en forma de compuestos nitrogenados para
satisfacer las demandas de otros órganos de la planta.

26. Capacidad de fijación de Nitrógeno en
leguminosas.
Depende en
gran medida de
la interacción
• Bacteria-plantaambiente.
Leguminosas
de rápido y
abundante
crecimiento.
Gran
actividad
fotosintética.
• Alta
capacidad de
fijación del N.

27. Nitrógeno fijado en algunas leguminosas
cultivadas.
Leguminosa
Intervalo (Kg N/ha/año)
Promedio (Kg N/ha/año)
Trébol
45 a 670
250
Chícharo.
50 a 500
150
Alfalfa
90 a 340
250
Lupino
140 a 200
150
Soya
60 a 300
100
Cacahuate
50 a 150
100
Lenteja
50 a 150
80
Haba
100 a 300
200

28. Conclusiones.
• Leguminosas como
sthizolobium permiten el
establecimiento de una
mayor diversidad y M.O.
benéficos.
• Muchas leguminosas solo
derivan una parte del N.
• Cuando el N esta en
forma de nitratos, la
fijación es pobremente
expresada.
• Una alternativa en
sistemas agrícolas es la
selección de leguminosas
y rizobios.
• Alta capacidad para fijar
N.
• La necesidad de contar
con una agricultura
sostenible, incrementará
el uso de leguminosas.