Revisión científica destaca el potencial de las macroalgas y microalgas como bioestimulantes de plantas, y en el biocontrol de pestes y patógenos.
La agricultura moderna necesita soluciones apropiadas para enfrentar la tendencia actual de la reducción de pesticidas y fertilizantes.
En la agricultura, las macroalgas vienen siendo usadas en la producción de bioestimulantes de plantas, mientras que el potencial de las microalgas permanece sin ser aprovechado.
Investigadores de Greentech y de INRAE-University Clermont publicaron una revisión científica sobre la aplicación de la biotecnología azul en la agronomía, con especial atención en las microalgas, sus actividades biológicas y su potencial aplicación en la agricultura como una potencial alternativa sostenible para incrementar los rendimientos de las cosechas, la asimilación de nutrientes y la resiliencia al estrés ambiental.
Atributos de las micro y macroalgas en la agricultura
Compuestos de estimulación de plantas
El crecimiento de las plantas está marcado por su adaptabilidad a los continuos cambios en el ambiente y es liderada por la distribución de sustancias de crecimiento en todo el organismos. Estas sustancias son producidas por las plantas, pero también pueden ser de origen exógeno.
Las fitohormonas, incluidas la auxina (IAA), el ácido abscísico (ABA), la citoquinina (CK), el etileno (ET) y las giberelinas (GA), tienen efectos beneficiosos sobre las principales características de los organismos fototróficos.
Las auxinas son una clase de hormonas de plantas, esenciales para el crecimiento de las plantas.
La presencia y/o funciones de las auxinas (ácido indol-3-acético IAA; ácido indol-butírico IBA; ácido fenilacético PAA) fueron confirmadas en diferentes especies de microalgas de los géneros Chlorella, Scenedesmus y Acutodesmus, y en especies como Nannochloropsis oculata, Nannochloropsis oceanica y Dunaliella salina.
Por otro lado, las citoquininas son una clases de hormonas de las plantas con muchos procesos fisiológicos, incluido la estimulación de la división celular, diferenciación y crecimiento, regulación de la dormancia y germinación de la semilla, e inhibición del meristemo apical de la raíz.
Las citoquininas están presentes en las algas Chlorella variabilis, Acutodesmus obliquus, Chlorella protothecoides, Dunaliella salina, Chlorella vulgaris y Gracilaria caudata.
Asimismo, la presencia de la citoquininas ha sido descrita en varias algas marrones de los géneros Ascophyllum, Cystoseira, Ecklonia, Fucus, Macrocystis y Sargassum.
Contribución de las algas en macro y micronutrientes a las plantas
Las macroalgas y microalgas están compuestas naturalmente de una amplia diversidad de compuestos que, una vez aplicado al suelo y/o las plantas, puede contribuir al desarrollo del cultivo.
Las algas contienen cantidades variables de proteínas, carbohidratos, lípidos, macronutrientes (Na, Ca, K, P, Mn) y micronutrientes (B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo, Zn) esenciales para el crecimiento y la salud de los cultivos de plantas.
Las proteínas, los carbohidratos y los lípidos representan un pool de materia orgánica, fácilmente asimilable por otros organismos, incluido las plantas.
Los carbohidratos actúan como bioestimulantes de las plantas. Los polisacáridos presentes en los extractos de macroalgas (ulvanos, alginatos, fucoidanos, laminarnos, glucanos similares a liquen y glucanos que contienen fucosa), azúcares neutros y sulfatos, mostraron una correlación positiva entre el contenido de sulfato de los extractos enriquecidos con polisacáridos y el peso seco de los brotes, así como el contenido de clorofila en las plantas de tomate.
Mejora de las propiedades del suelo
Las macroalgas y microalgas pueden actuar indirectamente en la estimulación de las plantas a través de sus efectos beneficiosos en las propiedades del suelo.
Fijación del nitrógeno
Entre las microalgas, las cianobacterias pueden sintetizar la enzima nitrogenasa y tienen la capacidad de fijar el nitrógeno. Estas microalgas desarrollan células llamadas heterocistos que contienen la enzima nitrogenasa.
Esta capacidad es de mayor importancia para la agricultura debido a que representa una forma de agregar nitrógeno al suelo sin una enmienda orgánica o mineral. Esta capacidad de las microalgas permite ahorrar alrededor del 25-40% de los fertilizantes químicos.
Materia orgánica en el suelo
Uno de los factores claves para el establecimiento y el desarrollo de las plantas en el suelo, es su contenido de materia orgánica.
El estiércol y los purines se utilizan comúnmente para enriquecer los suelos con materia orgánica, lo que resulta en un costo adicional para los agricultores. Una forma de minimizar este problema económico es el uso de algas debido a que son comunidades autótrofas, que permiten a las plantas fijar el dióxido de carbono atmosférico a través de la fotosíntesis.
Disponibilidad de nutrientes
Las microalgas poseen un grupo de características enzimáticas (sideróforos, ácidos orgánicos), capaces de contribuir directamente al proceso de biomineralización de los suelos.
Además, estudios recientes han destacado que los procesos de biomineralización también pueden ocurrir de forma indirecta, con una inoculación de microalgas que modulan el microbioma de la rizosfera y cambia la diversidad y la abundancia de microorganismos involucrados en la disponibilidad de nutrientes.
Biocontrol de pestes y patógenos
Hay dos modos de acción reconocidos para el biocontrol de las pestes y patógenos por medio de productos de macroalgas y microalgas, dependiendo si actúan de forma directa contra los patógenos por antagonismo o indirectamente después de ser detectado por las plantas como resultado en la inducción de sus defensas naturales.
Objetivos de estudios del uso de las algas en la agricultura
Germinación de semilla y vigor inicial
Compuestos como los minerales, nutrientes, aminoácidos, vitaminas, pigmentos y polisacáridos presentes en las macroalgas pueden mejorar la germinación de semillas, el crecimiento y el desarrollo, proveyéndolos como biofertilizantes o bioestimulantes.
Las evidencias indican que los fertilizantes líquidos a base de macroalgas pueden influenciar el metabolismo celular y mejorar su producción.
Los investigadores reportan un incremento en la germinación de semillas de tomates tratados con 0.02 mg/ml de extractos de polisacáridos de macroalgas obtenidos de igartina sp., Gigartina pistillata, Chondracanthus acicularis, Gelidium crinale, Schizymenia dubyi, Cystoseira foeniculacea y Fucus spiralis.
Desarrollo de las plantas
El uso más común y generalizado de los productos de macroalgas y microalgas, con propósitos de bioestimulación, es la aplicación durante los estados vegetativos del desarrollo de plantas.
La aplicación foliar de extractos de macroalgas incrementan la asimilación de nutrientes, la promoción del crecimiento y el desarrollo de las raíces en diferentes cultivos agrícolas, como maíz, tomate, uvas y brócoli.
Futuros desafíos
La democratización de las biosoluciones para la agricultura y, además, de las macroalgas y microalgas, sigue siendo marginal. Los investigadores identifican las siguientes limitaciones:
i) Caracterización del modo de acción y el uso correcto de los productos de las algas.
ii) Superar los estándares actuales.
iii) Pruebas en campo.
iv) Regulación de los productos de algas.
Conclusión
La investigación en macroalgas y microalgas es uno de los aspectos claves para el desarrollo agrícola en el futuro.
Los estudios se vienen incrementando año a año, y vienen detallando los mecanismos detrás de cada especie y/o extracto. Sin embargo, existe una brecha que debe ser superada para transformar el conocimiento científico sobre las macroalga y microalgas en soluciones concretas.
Referencia (acceso libre):
Berthon, J., Michel, T., Wauquier, A., Joly, P., Gerbore, J., & Filaire, E. (2021). Seaweed and microalgae as major actors of blue biotechnology to achieve plant stimulation and pest and pathogen biocontrol – a review of the latest advances and future prospects. The Journal of Agricultural Science, 1-12. doi:10.1017/S0021859621000885
