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Otros Cultivos

22 de abril de 2022
Desafíos científicos

El poder bioestimulante de las proteínas hidrolizadas de origen vegetal

El poder bioestimulante de las proteínas hidrolizadas de origen vegetal

El académico italiano Giuseppe Colla ha investigado los mecanismos a través de los cuales los componentes de proteínas vegetales generan resistencia a estreses, además de otros efectos beneficiosos para en las plantas, lo que ha inspirado el desarrollo de nuevos productos a partir de biomasa vegetal.

POR  PATRICIO TREBILCOCK K. Y FRANCISCO FABRES B. 

Desarrollo muscular, fortalecimiento del sistema inmunológico y recuperación del tejido graso. Estos son algunos de los efectos que tienen en humanos las proteínas hidrolizadas y que han impulsado su popularidad en sitios de nutrición y de productos alimenticios esparcidos por la web. Se trata de proteínas provenientes de una fuente animal —como la carne y la leche— o vegetal, pasando por un proceso de hidrólisis que permite separarlas en sus componentes básicos. Así la proteína hidrolizada resulta más digerible por las personas, al permitir una mejor asimilación, facilitando así sus consiguientes beneficios en el organismo.

Sus cualidades nutritivas han hecho que las proteínas hidrolizadas sean también una fuente de compuestos relevantes en el campo, especialmente para la alimentación de los animales. No obstante, en la última década se ha verificado un creciente interés por su aplicación como bioestimulantes vegetales, en especial por su capacidad para reducir el impacto negativo de condiciones ambientales, como sequías, salinidad o baja disponibilidad de nutrientes, que generan en las plantas lo que se conoce como “estrés abiótico”.

Si bien hoy la mayor parte de la oferta de proteínas hidrolizadas viene de origen animal, las de fuente vegetal están siendo cada vez más valoradas pues representan una solución sustentable, económica y amigable con el ambiente para la disposición de residuos.

Esta es una de las líneas de la investigación que ha realizado el académico italiano Giuseppe Colla, de la Università degli Studi della Tuscia, de la ciudad italiana de Viterbo. El académico se ha enfocado en descifrar la forma en que actúan sobre los cultivos las proteínas hidrolizadas (PH) de origen vegetal, con el fin de facilitar el desarrollo de nuevos productos basados en biomasa vegetal.

EL EFECTO DE LOS PÉPTIDOS Y AMINOÁCIDOS

El tomate está siendo usado como un modelo para comprobar el efecto de las proteínas hidrolizada sobre características morfo-fisiológicas de las plantas.

Según explican Colla et al. (‘Bioestimulant action of protein hydrolysates: unraveling their effects on plant physiology and microbiome’, 2017, www.frontiersin.org), mediante un procedimiento de hidrólisis parcial, que puede ser química o enzimática, se descomponen las proteínas en sus componentes básicos: polipéptidos, oligopéptidos y aminoácidos. A partir de ellos se fabrican mezclas comercializadas como extractos líquidos o polvos solubles en forma granular, los que pueden ser aplicados junto a las raíces o foliarmente.

Estas proteínas hidrolizadas (PH) se pueden obtener de una amplia variedad de desechos animales y biomasa vegetal, como subproductos del cuero, harina de sangre, procesamiento de pescados, aves, lácteos, semillas de leguminosas, heno de alfalfa, molienda húmeda de maíz, y un largo etcétera. Si bien hoy la mayor parte de la oferta de proteínas hidrolizadas viene de origen animal, las de fuente vegetal están siendo cada vez más valoradas “pues representan una solución sustentable, económica y amigable con el ambiente para la disposición de residuos”, según cita Colla y sus coautores en uno de sus estudios.

 La mayoría de los fabricantes de PH orientadas al sector agropecuario se encuentra en Italia, España, EE.UU., China e India. Una buena parte de esas compañías se relaciona con la industria del cuero y de la carne, impulsadas por la idea de valorizar subproductos convirtiéndolos en bioestimulantes y fertilizantes. No obstante, en los últimos años distintas empresas introdujeron las PH de origen vegetal en los mercados norteamericano, europeo y asiático, donde han ganado aceptación entre los agricultores por su riqueza de compuestos bioactivos y buenos resultados en los cultivos.

En una presentación de Giuseppe Colla durante el Congreso Mundial de Bioestimulantes, el académico destacó la tolerancia que las proteínas hidrolizadas ayudan a generar ante los estreses abióticos, gracias a su acción como antioxidantes y osmoprotectoras (defensa frente a la deshidratación). De manera adicional, indicó, son capaces de aumentar la disponibilidad y la eficiencia de uso de los nutrientes debido a la capacidad de los péptidos y aminoácidos de formar complejos con estos elementos para que ingresen fácilmente a las plantas.

Giuseppe Colla, investigador de la Università degli Studi della Tuscia.

Sus positivos efectos bioestimulantes emanan principalmente de dichos péptidos y aminoácidos, los cuales desempeñan un importante rol en la biosíntesis y en las reacciones catabólicas asociadas a la producción de energía, que las células de la planta necesitan para sus procesos (metabolismo), añade Colla.

Además, mejoran características de los cultivos y modulan su crecimiento y desarrollo, actuando como “compuestos señalizadores” que ayudan a las células a reaccionar ante sus propios cambios o los de su ambiente.

De hecho, en la actualidad la actividad bioestimulante de las PH se atribuye principalmente a los péptidos señalizadores, cuyas cortas cadena de dos a 50 aminoácidos en secuencias específicas, los hacen biológicamente activos a concentraciones muy bajas. “Esto es muy importante porque los bioestimulantes en general son aplicados en dosis muy bajas en el campo”, subraya el especialista. “Hablamos de unos pocos litros por hectárea”.

En el genoma de las plantas, los científicos han identificado cientos de péptidos con acción hormonal. Muchos de ellos se encuentran involucrados en el control de su desarrollo, crecimiento, floración, nutrición y adaptación al medio, incluyendo tanto los estreses bióticos, como abióticos.

La ya mencionada promoción de la disponibilidad de nutrientes y su absorción por las plantas deriva de la capacidad de ciertos péptidos de formar bioquelatos con los cationes, elementos minerales de carga negativa. Este atributo destaca en los péptidos derivados de vegetales, ricos en aminoácidos que contienen ácido glutámico y ácido aspártico.

BUSCANDO LA BIOMASA CORRECTA

El proteoma, o sea el grupo completo de proteínas elaboradas por un organismo, ya es conocido en distintos cultivos. Gracias a ello se pueden emplear bases de datos de búsqueda y softwares para predecir el tipo de péptidos que resulta posible obtener desde una fuente específica de proteínas usando enzimas específicas. Estos avances son aprovechados en los trabajos liderados por Giuseppe Colla.

El investigador plantea varios criterios de elección de una biomasa vegetal como fuente de proteínas: conviene considerar que tenga un alto contenido de las mismas y de buena calidad, que se encuentre fácilmente a mano, que sea sencilla de manejar, así como de almacenar, y, obviamente, que tenga bajo costo.

A través del proyecto PHoBOS, patrocinado por el Ministerio de Educación, Universidad e Investigación de Italia, Giuseppe Colla y su equipo buscan desarrollar nuevas proteínas hidrolizadas, sobre la base de fuentes vegetales, para crear bioestimulantes funcionales innovadores, sobre todo con el fin de incrementar la tolerancia a salinidad y la eficiencia de uso de nitrógeno.

En ese marco, realizan la producción enzimática de PH a partir de distintas biomasas vegetales. Luego caracterizan las formulaciones resultantes y testean su actividad por tipo hormonal mediante bioensayos simples. Asimismo, prueban su capacidad de mejorar características morfo-fisiológicas usando cultivos modelo, tales como lechuga y tomate, bajo limitaciones de nitrógeno y condiciones de salinidad.

Las PH más exitosas se fraccionan en diferentes clases de tamaño molecular: solo aminoácidos en las clases más pequeñas, péptidos de cadenas cortas en las clases medianas, y péptidos más grandes en las clases de mayor tamaño. Esta división permite identificar qué tipo de PH son las más activas y también posibilita entregar información a la industria para optimizar los procesos de fabricación.

A través de diversas metodologías –que incluyen bioensayos, análisis metabolómicos, plataformas de fenotipado, secuenciación de alto rendimiento, medición de valores RGB, parámetros de fluorescencia de clorofila, rendimiento fotoquímico, análisis de tejidos foliares y ensayos agronómicos–, se ha evaluado proteínas hidrolizadas obtenidas de distintas fuentes en aspectos como:

Acción tipo auxinas, vinculada a potenciales aplicaciones para crecimiento de raíces, floración y cuaja.

Acción tipo giberelinas, asociada a germinación de semilla, desarrollo del fruto, elongación de tallos y brotación.

Acción tipo citoquininas, relacionada con desarrollo de brotes y frutos, reducción de senescencia y resistencia a estreses abióticos.

Efectos sobre otras fitohormonas.

Clasificación de las proteínas hidrolizadas como promotoras o inhibidoras del crecimiento vegetal, y/o mitigadoras del estrés.

Efectos sobre metabolitos secundarios, compuestos que intervienen en la relación de la planta con su ambiente.

Respuesta ante condiciones de salinidad.

Comportamiento frente a diferentes disponibilidades de nitrógeno.

EVIDENCIAS DE LABORATORIO Y DE ENSAYOS AGRONÓMICOS

Los resultados obtenidos por Colla han demostrado que las proteínas hidrolizadas de origen vegetal exhiben frecuentemente actividad tipo auxinas. Con menor frecuencia se encuentra también actividad tipo giberelinas y tipo citoquininas.

Los tratamientos con proteínas hidrolizadas activan factores de transcripción involucrados en la respuesta auxínica y suscitan reprogramaciones en el metabolismo de las plantas. Los factores de transcripción activan o desactivan la expresión de genes presentes en los vegetales, provocando distintas respuestas ante un estímulo.

Los métodos de laboratorio utilizados han demostrado su eficiencia en la detección de diferencias de actividad bioestimulante entre las PH. Los ensayos agronómicos, por su parte, han permitido validar los efectos bioestimulantes de PH seleccionadas en diversas condiciones productivas reales e identificar ventajas adicionales.

Algunos ejemplos de los resultados concretos obtenidos en diferentes pruebas:

Formulaciones de PH provocaron un aumento de raíces de tomate similar al logrado con la aplicación de ácido indolacético (un tipo de auxina).

Análisis de tejidos de las raíces indicaron aumentos de compuestos relacionados con auxinas, giberelinas y citoquininas, demostrando que las PH son capaces de modular el balance hormonal en el sistema radicular. Distintas PH dieron resultados diferentes.

Bajo condiciones de salinidad en lechuga algunas PH (nombradas como H y P) actuaron como promotoras de crecimiento y mitigadoras de estrés, mientras otra (denominada B) resultó ser inhibidora de crecimiento.

Una comparación de las proteínas hidrolizadas H y B muestra, por ejemplo, que la primera promueve la acumulación de metabolitos secundarios mientras la segunda actúa en sentido contrario. Los metabolitos secundarios más afectados fueron propanoides fenólicos y terpeno. 

Bajo estrés salino las plantas acumularon compuestos con contenido de nitrógeno, en respuesta a la aplicación de ambas PH, pero la mitigación fue mucho más marcada en respuesta al tratamiento H. Hubo una fuerte disminución de brasinoesteroides ante el tratamiento B, pero no ante H, el cual propició, en cambio, una acumulación de citoquininas y una marcada baja del precursor ACC de etileno.

La aplicación foliar semanal de PH a lechugas, tanto con niveles de nitrógeno bajo como con niveles óptimos, aumentó la absorción de potasio, azufre, calcio y magnesio. Asimismo, mejoraron los contenidos de antioxidantes: betacaroteno, luteína y compuestos fenólicos. 

Nota

El contenido de este artículo ha sido extractado principalmente de ‘Protein hydrolysates as biostimulants in vegetable crops: elucidating their mechanism and optimizing their effectiveness through a translational research approach’, presentación efectuada por Giuseppe Colla en el Biostimulants World Congress 2021.

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