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Microalgas como nueva fuente de bioestimulantes agrícolas

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By Milthon Lujan

Viterbo, Italia – Una revisión científica destaca el potencial de las microalgas como fuente de bioestimulantes agrícolas o para plantas. El documento también incluye información sobre los desafíos que enfrenta este nuevo uso de las moléculas producidas por las algas marinas o de agua dulce.

El sector agrícola viene enfrentando nuevos desafíos para incrementar la productividad con el objetivo de alimentar a una creciente población mundial, además de reducir el impacto ambiental y preservar los recursos naturales para las futuras generaciones.

Un enfoque ambientalmente amigable es el uso de bioestimulantes para plantas, que puede reducir la dependencia en los insumos químicos, y en particular en los fertilizantes sintéticos, además de asegurar una producción estable bajo condiciones ambientales y edáficas desfavorables.

Bioestimulantes agrícolas

De acuerdo con la reciente regulación de la Unión Europea (2019/1009), los bioestimulantes para plantas o agrícolas son “productos fertilizantes capaces de estimular el proceso de nutrición de las plantas, independientemente del contenido de nutrientes de los productos”.

Los bioestimulantes agrícolas disparan los procesos naturales en los cultivos para mejorar la asimilación y eficiencia de los nutrientes, la tolerancia al estrés abióticos, y modulan los rasgos cualitativos de la producción.

Los bioestimulantes incluyen a varios tipos de sustancias/moléculas y microorganismos, desde ácidos húmicos y fúlvicos, macro y microalgas, hidrolizados de proteínas vegetales o animales, silicio, extractos de plantas, hongos micorrizas arbusculares y rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas.

Algas como bioestimulantes agrícolas

De acuerdo con un informe de la Comisión Europea, los extractos de algas (macro y microalgas) representan hasta el 40% del total del mercado de bioestimulantes.

A pesar del alto interés en el desarrollo y la pruebas de nuevos extractos de macroalgas marinas como bioestimulantes, pocos productos han sido bien caracterizados con respecto a su rendimiento en el mercado. Esto principalmente debido a la alta variabilidad de la materia prima, lo cual limita el control de la composición química de los bioestimulantes generados basados en algas.

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Debido a las limitaciones de las macroalgas, la comunidad científica y empresas privadas han dado mayor énfasis a la producción de microalgas. Aunque es bien conocido que las algas verdes y azul-verdosas producen varias moléculas bioactivas para los cultivos agrícolas, sus aplicaciones en la ciencia vegetal aún está en la infancia.

Actividad bioestimulantes de los extractos de microalgas

Los investigadores Giuseppe Colla y Youssef Rouphael, de la University of Tuscia y de la University of Naples Federico II, en su editorial científico, citan el estudio de Ronga et al (2019) titulado “Microalgal biostimulants and biofertilisers in crop productions” en donde resumen la actividad biológica de los extractos de microalgas y como la aplicación de estos agentes potenciales pueden mitigar los efectos detrimentales del estrés abiótico, como la salinidad y el estrés por agua.

El estudio de Ronga reporta que las especies de microalgas dominantes con acción bioestimuladora son: Chlorella vulgaris, Acutodesmus dimorphus, Scenedesmus platensis, Scenedesmus quadricauda, Dunaliella salina, Chlorella ellipsoida, Chlorella infusionum, Chlorella vulgaris Spirulina maxima, y Calothrix elenkinii.

La actividad bioestimulantes de los extractos de microalgas han sido asociados con el contenido de metabolitos primarios (carbohidratos y proteínas, lípidos), aminoácidos (arginina y triptófano), vitaminas, smólitos (prolina y glicina betaína) y polisacáridos (β-glucano).

Curiosamente, varias cepas de microalgas pertenecientes a las familias Charophyceae, Chlorophyceae, Trebouxiophyceae y Ulvophyceae se caracterizaron por actividades similares a las fitohormonas que incluyen auxinas, citoquininas, giberelinas, ácido abscísico y brasinoesteroides. En este sentido, identificar y seleccionar extractos de microalgas que contienen fitohormonas naturales, en particular auxinas y citoquininas, que son considerados como factores importantes para mejorar el crecimiento de las plantas, la producción y la respuesta especialmente contra el estrés abiótico, podría considerarse una oportunidad cada vez mayor de valorización de microalgas.

Los bioestimulantes basados en microalgas normalmente se administran a las plantas y la rizosfera en diferentes modos, como riego por goteo o empapado del suelo, aplicación foliar por aspersión y tratamiento de las semillas.

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Efectos beneficiosos de los bioestimulantes

Los efectos beneficios de los bioestimulantes basados en las microalgas han sido atribuidos a diversos mecanismos, directos e indirectos, como:

(1) cambios bioquímicos (estimulación de la síntesis de clorofilas y carotenoides) y fisiológicos (senescencia retardada);
(2) regulación positiva de genes clave implicados en el metabolismo primario y secundario de las plantas;
(3) aumento de la actividad de las comunidades microbianas (rizobacterias y micorrizas) mediante la liberación de compuestos orgánicos de bajo y alto peso molecular en la rizosfera; y,
(4) la modulación de la arquitectura del sistema radicular y consecuentemente, el incremento de la asimilación de macro y micronutrientes.

Desafíos para la producción de bioestimulantes

De acuerdo con los investigadores, existen varios cuellos de botella que se deben superar para la introducción al mercado y que los productores aprovechen los beneficios de los bioestimulantes basados en microalgas, entre ellos se incluyen:

a) Altos costos de las microalgas, en la producción y aplicación, donde los costos deben ser mejorados a través de la (i) optimización del medio de cultivo, (ii) el uso de recursos de bajo costo, como los efluentes industriales, dióxido de carbono de las chimeneas de las plantas de energía y subproductos agrícolas.

b) A pesar del fuerte interés en el desarrollo de nuevos bioestimulantes basados en microalgas, pocos productos han sido totalmente caracterizados. Esto se debe principalmente a la gran variabilidad no explotada de las cepas de microalgas para la industria de bioestimulantes.

c) La falta de conocimiento con respecto a los mecanismos biomoleculares de estos bioproductos, lo que dificulta el diseño a medida de estrategias de agricultura ecológica basadas en la predicción de sus efectos sobre los cultivos, especialmente cuando se aplica en diferentes condiciones de temperatura, humedad y suelo. Podría optimizarse obteniendo nuevos conocimiento sobre (i) la composición exacta de los bioproductos, (ii) la estandarización de los procesos de producción, y (iii) el esclarecimiento del mecanismo de acción molecular y fisiológico podría facilitar sustancialmente la difusión de estos productos en el sector agrícola.

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d) La falta de conciencia y conocimiento entre los agricultores sobre los beneficios específicos de las soluciones de base biológica y las estrategias agrícolas para sinergizar sus efectos hacia el máximo impacto a costos óptimos, es decir, explotar el aumento demostrado en la productividad de los cultivos como resultado de la aplicación combinada de algas verdes y verde-azuladas. Además representa una solución valiosa, especialmente dentro de la “agricultura orgánica”.

Referencia (acceso abierto):
Colla G. and Y. Rouphael. 2020. Microalgae: New Source of Plant Biostimulants. Agronomy 2020, 10(9), 1240; https://doi.org/10.3390/agronomy10091240

Ronga, Domenico; Biazzi, Elisa; Parati, Katia; Carminati, Domenico; Carminati, Elio; Tava, Aldo. 2019. «Microalgal Biostimulants and Biofertilisers in Crop Productions.» Agronomy 9, no. 4: 192. 

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