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Agosto 2021 | Nutrición

Hacia huertos más productivos

Una mirada al mundo de los bioestimulantes: de la clasificación a su aplicación foliar

Frente a condiciones ambientales adversas, los bioestimulantes se presentan como una opción para mejorar el desarrollo general de los vegetales. En el caso de bioestimulantes como los hidrolizados de proteínas, los extractos de algas y el quitosano, la aplicación foliar se presenta como una alternativa efectiva, dado que fisiológicamente la hoja es la principal fábrica de fotosintatos.

Desde temperaturas extremas, exceso de radiación ultravioleta, problemas fisiológicos en determinado cultivo por estrés, hasta problemas de agua y de condiciones de suelo. Las limitantes, particularmente ambientales, son cada vez más frecuentes en el sector agrícola. Para hacer frente a estas condiciones adversas, diferentes expertos recomiendan optar por un programa que incorpore el uso de bioestimulantes como los hidrolizados de proteínas y los extractos de algas, que requieren de aplicaciones foliares.

Pero ¿qué distingue a los bioestimulantes de los fertilizantes? Si bien la definición de bioestimulantes todavía está en evolución, debido en gran medida a la diversidad de compuestos que caen en esta categoría, la definición más aceptada es la del investigador Dr. Du Jardin, quien señala que un bioestimulante es cualquier sustancia o microorganismo que, al aplicarse a las plantas, es capaz de mejorar la eficacia de estas en la absorción y asimilación de nutrientes, optimizar la tolerancia a estrés biótico o abiótico, o mejorar alguna de sus características agronómicas, independientemente del contenido en nutrientes de la sustancia. Por extensión, también se considera como un bioestimulante a los productos comerciales que contienen mezclas de estas sustancias o microorganismos.

UN SECTOR EN PLENA EXPANSIÓN A NIVEL GLOBAL

Fabricados a base de extractos de algas marinas, hormonas vegetales, aminoácidos, enzimas y vitaminas; los bioestimulantes son sustancias que promueven el crecimiento y desarrollo de los cultivos agrícolas, haciéndolos también más resistentes a al ataque y daño por plagas y enfermedades, entre otros beneficios. Es un sector en plena expansión en todo el mundo, donde para 2022 se esperan ventas en torno a los US$2,000 millones.

Dentro de los bioestimulantes, se distinguen dos grandes líneas: los inductores de resistencia sistémica adquirida (SAR), como los fosfitos de potasio y aminoácidos, y los supresores de estrés, como los extractos de algas. En detalle, existen seis categorías que, se consideran, tienen propiedades bioestimulantes. Se trata de las sustancias húmicas, los hidrolizados de proteína, los extractos de algas, quitosano, tricoderma y rizobacterias, estas últimas promueven el crecimiento vegetal.

Sustancias húmicas: Las sustancias húmicas (SH) —que se obtienen de depósitos de leonardita, lignita, turba, o desde recursos renovables como compost y vermicompost— se caracterizan por impactar positivamente en la fertilidad del suelo y en los procesos fisiológicos de la planta.  Pueden promover el crecimiento vegetal a través de la inducción del metabolismo del nitrógeno (N) y el carbono. Las enzimas nitrato-reductasa, glutamanto-dehidrogenasa y glutamina-sintetaza están asociadas a las vías de asimilación de N y son estimuladas por diferentes SH, a través de un patrón que depende de las dosis.

Las SH además contribuyen al mejoramiento de la emisión de raíces, al aumento de la actividad de los transportadores de nutrientes en la membrana de las raíces, y a reducir el contenido total de carbohidratos y también el de los azúcares, como resultado del uso de carbohidratos para mantener el crecimiento y potenciar el metabolismo de N. Además de sus efectos significativos en el metabolismo primario y en la extracción de nutrientes, las SH juegan un rol muy relevante en el metabolismo secundario, potenciando la expresión de enzimas (ejemplo: fenilalanina amonio liasa) que participan en la biosíntesis de compuestos fenólicos.

De otro lado, dado que sus cargas negativas son mayores que aquellas generadas en los minerales y representan más del 90% de la capacidad de intercambio catiónico de los suelos, se favorece la retención de cationes adicionados con los fertilizantes, reduciendo así las pérdidas por lixiviación. Además, pueden potenciar la actividad de enzimas antioxidantes (por ejemplo, peroxidasa) y promover la acumulación de antioxidantes que reducen el daño oxidativo en los tejidos vegetales sometidos a condiciones de estrés biótico y abiótico. Las SH se pueden aplicar en la estructura del suelo/sustrato de forma seca o más comúnmente de forma líquida (soluciones de ácidos húmicos y fúlvicos) a través del sistema de riego.

Hidrolizados: Los hidrolizados de proteínas se definen como una mezcla de polipéptidos, oligopéptidos y aminoácidos fabricados a partir de fuentes de proteínas utilizando hidrólisis parcial. Generalmente los efectos positivos de los hidrolizados de proteína para tolerar estrés abiótico se atribuyen a un mejor crecimiento del sistema radicular, mayor relación raíz/brote, mejor estado nutricional, mayor estabilidad de las membranas celulares, acumulación de osmolitos (por ejemplo, prolina) y antioxidantes, y la activación de sistemas enzimáticos que participan en la prevención de estrés oxidativo y la modificación del estado hormonal. Asimismo, los hidrolizados de proteína pueden potenciar el metabolismo secundario aumentando no solo la tolerancia a estrés abiótico, sino también la resistencia del cultivo a patógenos como el mildiú en vides, como resultado de la acumulación de resveratrol (la principal fitoalexina de las vides) en las hojas.

Los hidrolizados de proteína incrementan la calidad de las frutas y hortalizas como resultado de aumentar la fotosíntesis, la biosíntesis de proteínas y la activación del metabolismo secundario en las células. Por ejemplo, en los frutos de plantas de pimiento tratadas con hidrolizados de proteína de origen vegetal se obtuvo una mayor acumulación de azúcares y antioxidades (carotenoides, polifenoles). Los hidrolizados de proteína también pueden reducir el contenido de factores anti-nutricionales, como los nitratos en las hortalizas de hojas, y contribuir a aumentar otros atributos de calidad en los frutos, debido a que los aminoácidos son los precursores de la biosíntesis de compuestos responsables del aroma (como la alanina, isoleucina, leucina y valina), color (por ejemplo, la fenilalanina es el precursor de la biosíntesis de las antocianinas) y sabor (algunos precursores son arginina, alanina, glicina y prolina).

Desde un punto de vista práctico, las aplicaciones frecuentes de hidrolizados de proteínas a dosis bajas son preferibles a aplicaciones ocasionales, pero en altas dosis. Los tratamientos con hidrolizados de proteínas cerca del momento del transplante promueven un rápido crecimiento radicular y establecimiento de la planta, mientras que las aplicaciones foliares y radiculares durante el período de crecimiento promueven el crecimiento de la planta al potenciar la fotosíntesis, la extracción y asimilación de nutrientes.

Los extractos de algas (por ejemplo, Ascophyllum nodosum) contienen macro y microelementos como N, P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Na y S.

Extractos de algas: Se obtienen de macroalgas, las que se clasifican en tres grupos dependiendo de su pigmentación: Phaeophyta o alga marrón, Rodophyta o alga roja y Clorofita o alga verde. Los diversos extractos de macroalgas marrones contienen una amplia variedad de compuestos orgánicos e inorgánicos. Los extractos de algas, sobre todo los marrones (por ejemplo, Ascophyllum nodosum) contienen macro y microelementos como N, P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Na y S. Además de los contenidos minerales, contienen cantidades de compuestos orgánicos que incluyen osmolitos como betaína, que tienen un rol muy importante en el aumento de la resistencia de las plantas al estrés. Los extractos de algas contienen también metabolitos secundarios bioactivos (por ejemplo, fenoles), vitaminas y precursores de las vitaminas, y fitohormonas como auxinas, citoquininas, giberelinas, ácido abscícico y brasinoesteroides. Las algas –particularmente las algas rojas y marrones– son una fuente de polisacáridos, complejos que no están presentes en las plantas terrestres.

La rhizobacteria, Bradyrhizobium japonicum, coloniza las raíces y establece una simbiosisi fijando nitrógeno.

Los extractos de algas líquidos son normalmente aplicados vía foliar, mientras que las formulaciones en polvo se aplican al suelo o sustrato, comúnmente en mezcla con otros nutrientes para mejorar la eficiencia en la extracción de nutrientes. Las aplicaciones foliares de extractos de algas generan los mejores resultados cuando los tratamientos se repiten durante los períodos de crecimiento intensivo del cultivo, floración y cuajado y en especial durante condiciones de estrés.

Una de las principales ventajas de la aplicación de extractos de algas es el aumento de la tolerancia de las plantas a estrés abiótico, como sequía, salinidad y temperaturas extremas. Esto se debe al aumento de la relación raíces/brotes, mejor control de la transpiración, mejoramiento del estado nutricional, regulación hormonal eficiente, reducción de la formación de especies de oxígeno reactivo, aumento del sistema de defensa antioxidativo y acumulación de metabolitos de resistencia al estrés como los osmolitos y los fenoles. La aplicación de extractos de algas puede también contribuir al crecimiento vegetal, mejorar la floración, rendimiento y calidad de los frutos incluso en ausencia de condiciones de estrés.

BENEFICIOS DE LA FERTILIZACIÓN FOLIAR

Cuando se ha establecido un huerto en condiciones limitantes de suelo o clima, la fertilización foliar asoma como la práctica más adecuada para aportar nutrientes a las plantas, lo que ofrece ciertas ventajas, ya que de esta forma se aplica nutrientes directamente al follaje, permitiendo corregir o prevenir rápidamente deficiencias nutricionales. Se contribuye además a reducir las pérdidas de nutrientes por lixiviación o inmovilización en el suelo.

La fertilización foliar es una herramienta importante para el manejo sostenible y productivo de los cultivos. Siempre y cuando la solución de nutrientes que se aplica al follaje de un cultivo sea aprovechada, lo cual incluye: adsorción en la superficie de la hoja, penetración cuticular, adsorción y absorción en los compartimentos celulares metabólicamente activos en la hoja, y finalmente el desplazamiento y la utilización de los nutrientes absorbidos por la planta. En fertilización foliar la tasa de absorción de los fertilizantes se ve afectada por una cantidad de factores, tales como las condiciones medio ambientales, el tipo de fertilizante y, por supuesto, el cultivo.

El requisito fundamental para una pulverización foliar eficaz de nutrientes es que el ingrediente activo penetre en la superficie de la planta para que pueda convertirse metabólicamente activo en las células objetivo en donde se necesitan los nutrientes. Un producto aplicado por vía foliar puede cruzar la superficie de la hoja a través de la cutícula per se, a lo largo de grietas o imperfecciones de la cutícula, o a través de estructuras epidérmicas modificadas como los estomas y pelos. La cutícula es una barrera eficaz contra la pérdida de agua y sin embargo, al mismo tiempo, resulta igualmente eficaz contra la absorción de productos de las aplicaciones foliares. La presencia de grietas cuticulares o la aparición de estructuras epidérmicas modificadas puede contribuir significativamente a aumentar la tasa de absorción de las aplicaciones foliares de nutrientes.

La facilidad por el cual una solución nutritiva puede penetrar en el interior de la planta dependerá de las características de la superficie de la planta, que puede variar con el órgano, especie, variedad y las condiciones de crecimiento, y en las propiedades de la formulación aplicada por aspersión foliar. El micro y nano relieve asociado con la estructura de las células epidérmicas y las ceras epicuticulares depositadas en la superficie, junto con la composición química de estas ceras, determinará la polaridad y la hidrofobicidad de la superficie de cada planta en particular.

Quitosano: Es una forma desacetilada de la quitina, un biopolímero natural, componente de las paredes celulares de los hongos, y de los exoesqueletos de crustáceos e insectos, producido por hidrólisis y modificación química. Los exoesqueletos de crustáceos (como cangrejos o camarones) que se obtienen como desecho de la industria de alimentos, son la materia prima más común para producir quitosano. Tanto la quitina como el quitosano se pueden nombrar colectivamente como quitooligosacáridos. La quitina se diferencia del quitosano porque tiene una mayor proporción de N-acetil-D glucosamina sobre D-glucosamina en la cadena de polímeros, normalmente 95% de N-acetil-D glucosamina y 5% de D-glucosamina.

La actividad antimicroorganismos del quitosano puede inhibir varios patógenos de las plantas, incluyendo Sclerotinia sclerotiorum, Phytium aphanidermatum, Botrytis cinerea, Phytophtora capsici, Alternaria alternata, Cladosporium cladosporiodes, Epicoccum purpurascens y Fusarium avenaceum. Además de la inducción de las defensas de las plantas, el quitosano ha mostrado tener una actividad bioestimulante en muchos cultivos. Por ejemplo, su aplicación aumentó el crecimiento de hortalizas, la simulación del proceso de floración en plantas ornamentales, y la emisión de raíces y en el número de internodos en árboles frutales.

Asimismo, la aplicación de quitosano puede inducir la resistencia a estrés abiótico, incluyendo estrés causado por sales, sequía y temperatura. Y esto se puede explicar por su impacto en la transpiración del cultivo, los genes de defensa y el secuestro de radicales libres. De otro lado, las respuestas agronómicas a las aplicaciones de quitosano demostraron que cada cultivo responde de forma diferente a su composición química, al momento de aplicación y dosis. Las aplicaciones foliares frecuentes son la forma más efectiva para aportar quitosano durante el ciclo de crecimiento.

Trichoderma: Trichoderma spp. es un género de hongos saprófitos que pertenecen a la clase de hongos que promueven el desarrollo de las plantas, y que actualmente consiste en unas 200 especies. Las Trichodermas más utilizadas en biocontrol son T. harzianum, T. asperellum, T. hamatum, T. parareesei, T. atro-viride, T. virens y T. viride. Sin embargo, algunas de estas razas tienen una acción bioestimulante predominante que las transforman en herramientas adecuadas para ser usadas en agricultura. Hay varios artículos científicos que reportan la eficacia de las Trichoderma spp. como bioestimulantes, debido a que su aplicación en semillas y suelo ayuda a la solubilidad de macro y microelementos, al igual que a la extracción de nutrientes por el sistema radicular y a la traslocación a los brotes. Estas propiedades bioestimulantes se pueden atribuir a la modulación de la arquitectura de la raíz o a través de la exudación de compuestos para mejorar la disponibilidad de nutrientes como los ácidos orgánicos y los sideróforos.

Las formulaciones líquidas y sólidas que contienen conidias de Trichoderma pueden ser usadas como inoculantes. Los mayores impactos bioestimulantes en términos de desarrollo radicular y extracción de nutrientes se pueden obtener con la aplicación del inóculo en la etapa inicial del ciclo del cultivo (recubrimiento de semilla, plantines y transplantes). Sin embargo, los efectos bioestimulantes de los tratamientos con Trichoderma también dependen de las especies y/o genotipos, ya que las razas difieren en su capacidad para colonizar las raíces de las plantas. Los máximos beneficios de las trichodermas se obtienen adoptando prácticas de manejo adecuadas como la reducción en la aplicación de fertilizantes o la fumigación del suelo y el uso de fertilizantes orgánicos. En general, el uso de razas de Trichoderma con acción bioestimulante puede ayudar a aumentar la eficiencia en el uso de fertilizante y la tolerancia a estrés biótico y abiótico.

Algunas rizobacterias que promueven el crecimiento de las plantas viven en torno a las raíces.

Rizobacterias que promueven el crecimiento de las plantas (PGPR): Las PGPR incluyen tres categorías de bacterias: aquellas que viven en torno a las raíces, bacterias endófitas que viven dentro de las raíces y las que colonizan la superficie radicular. Las Rizobacterias que promueven el crecimiento vegetal existen una serie de familias, incluyendo razas que pertenecen a los siguientes géneros: Robacterium, Alcaligens, Artho-bacter, Azotobacter, Azospirillum, Bacillus, Burkholderia, Comamonas, Pantoea, Pseudomonas, Rhizobium, Serratia y Variovorax. Las PGPR actúan como bioestimulantes utilizando diferentes mecanismos que incluyen cambios en el contenido hormonal, la producción de compuestos orgánicos volátiles, el mejoramiento en la disponibilidad de nutrientes y el potenciamiento de la tolerancia a estrés abiótico.

Las plantas están expuestas a condiciones de estrés, que pueden comprender la calidad del cultivo.

Las PGPR pueden además aumentar la tolerancia de las plantas a estrés abiótico, en particular a sequía, salinidad y exceso de elementos tóxicos. Sin embargo, para maximizar los efectos bioestimulantes de estos microorganismos del suelo, se requiere de una selección acuciosa de las razas de PGPR y del modo de inoculación. Para seleccionar las PGPR adecuadas es importante considerar las características del suelo y los requerimientos de cada cultivo, para luego identificar los tipos de bacterias (por ejemplo, para producción de auxinas, solubilización de P, fijación de N2).

Existen varios métodos de inoculación, entre ellos sumergir las raíces de las plantas en la suspensión de bacterias o mojar las semillas con un cultivo de bacterias antes de sembrar. Sin embargo, los métodos de inoculación previamente descritos no son prácticos ni factibles desde un punto de vista comercial, ya que involucran medios frescos de bacterias que tienen corta vida de anaquel. Por lo tanto, técnicas como la encapsulación, que consiste en bloquear las células de las bacterias con un polímero (por ejemplo, alginato de calcio) son cruciales para expandir el uso de PGPR en la agricultura. Se espera que el uso de bacteria encapsulada aumente en el futuro ya que permite prolongar la vida de anaquel de las bacterias.