Por: Fernando C. Gómez-Merino1, Libia I. Trejo-Téllez2, Odón Castañeda-Castro3, José Víctor Ramírez-Antonio1 y Jazmin Lavin-Castañeda1

1. Colegio de Postgraduados Campus Córdoba. Carretera Córdoba-Veracruz km 348, Manuel León, Amatlán de los Reyes, Veracruz, México. C.P. 94953.
2. Colegio de Postgraduados Campus Montecillo. Montecillo, Texcoco, Estado de México, México. C. P. 56230.
3 Universidad Veracruzana. Facultad de Ciencias Químicas Campus Orizaba. Oriente 6 No. 1009, Col. Rafael Alvarado, Orizaba, Veracruz. México. C. P. 94340.

RESUMEN

sustancias y materiales, exceptuando fertilizantes y productos fitosanitarios, que aplicados a la planta, a las semillas o al medio de crecimiento en formulaciones específicas, modifican procesos fisiológicos en las plantas que benefician indicadores de crecimiento, desarrollo, y respuestas a estrés abiótico. Actualmente se han propuesto siete categorías de bioestimulantes agrícolas: 1) ácidos húmicos y fúlvicos; 2) hidrolizados de proteínas y compuestos nitrogenados; 3) extractos de algas y plantas superiores; 4) quitosano y otros biopolímeros; 5) compuestos inorgánicos; 6) hongos benéficos; 7) bacterias benéficas. Algunos de estos bioestimulantes se han aplicado en caña de azúcar, donde se ha comprobado su efecto benéfico en diversos indicadores de crecimiento, producción y calidad de jugos. En este artículo se hace un análisis sobre el uso actual y potencial de productos bioestimulantes en caña de azúcar.

Palabras clave: Poaceae, Saccharum, bioestimulación, innovación agrícola.

INTRODUCCIÓN

Un bioestimulante es una sustancia, un microorganismo, o mezclas de ellos, que cuando se aplica a las semillas, a las plantas, o al suelo como medio de crecimiento de las raíces, promueve procesos biológicos que mejoran la disponibilidad de nutrientes y optimizan su absorción; aumentan la capacidad de las plantas para tolerar diversos factores de estrés abiótico, o mejoran el rendimiento y la calidad de las cosechas.

Así, algunos de los beneficios de los bioestimulantes incluyen:

  • 1) Estimulación del metabolismo de las plantas;
  • 2) Aumento de la capacidad de resistencia o tolerancia de las plantas a factores de estrés abiótico;
  • 3) Optimización de la asimilación y uso eficiente de los nutrimentos ofrecidos a través de fuentes de fertilizantes;
  • 4) Mejoramiento del rendimiento y la calidad de los cultivos;
  • 5) Estimulación de la actividad biológica del suelo.

Figura 1. Principales efectos benéficos de los bioestimulantes en las semillas, las plantas y el suelo.

Los bioestimulantes han sido estudiados y aplicados desde la década de 1950, y desde entonces, la clasificación de estos productos y microorganismos ha cambiado. En la actualidad se reconocen siete categorías de ellos (Figura 2):

  • 1) Ácidos húmicos y fúlvicos.
  • 2) Hidrolizados de proteínas y compuestos nitrogenados.
  • 3) Extractos de algas y plantas superiores.
  • 4) Quitosano y otros biopolímeros.
  • 5) Compuestos inorgánicos.
  • 6) Hongos benéficos.
  • 7) Bacterias benéficas.

Figura 2. Principales categorías de bioestimulantes descritos en la literatura técnica y en el mercado de bioestimulamntes.

A continuación, se describirán las principales características de cada una de las categorías de los bioestimulantes y su aplicación actual o potencial en caña de azúcar.

PRINCIPALES CATEGORÍAS DE BIOESTIMULANTES Y SU USO ACTUAL Y POTENCIAL EN CAÑA DE AZÚCAR ÁCIDOS HÚMICOS Y FÚLVICOS

Las sustancias húmicas son componentes naturales de la materia orgánica del suelo que resultan de la descomposición de residuos vegetales, animales y microbianos, y también de la actividad metabólica de microorganismos del suelo que utilizan estos materiales como sustrato para su crecimiento y desarrollo. En términos de composición química, las sustancias húmicas son colecciones de compuestos heterogéneos, originalmente categorizados según su pesos moleculares y solubilidad en huminas, ácidos húmicos y ácidos fúlvicos. Estos compuestos también muestran dinámicas complejas de asociación/disociación en coloides supramoleculares, y esto es influenciado por las raíces de las plantas a través de la liberación de protones y exudados. Las sustancias húmicas y sus complejos en el suelo resultan así de la interacción entre la materia orgánica, los microbios y las raíces de las plantas. Cualquier intento de utilizar sustancias húmicas para promover el crecimiento de las plantas. Y el rendimiento de los cultivos debe optimizar estas interacciones para lograr los resultados esperados. Cuando tales condiciones no son optimizadas, es posible observar que la aplicación de tales sustancias (incluyendo las fracciones solubles de ácidos húmicos y fúlvicos) muestra resultados inconsistentes, aunque en general positivos, en el crecimiento de las plantas.

Sobre la superficie de un suelo franco arenoso con pH 8.0, CE 0.61 dS m-1, y 4 g kg-1 de carbono oxidable, se pulverizó un extracto de ácidos húmicos en forma de K-humato. La aplicación de 6 g m-2 de ácidos húmicos aumentó significativamente el rendimiento de la caña, así como la concentración de nutrimentos en las láminas y vainas de las hojas (Govindasmy y Chandrasekaran, 1992). A su vez, los residuos de caña de azúcar pueden ser fuentes importantes de sustancias húmicas que funcionan como promotores del crecimiento de raíces (Busato et al., 2010).

HIDROLIZADOS DE PROTEÍNAS Y COMPUESTOS NITROGENADOS

Las mezclas de aminoácidos y péptidos se obtienen por hidrólisis química y enzimática de proteínas a partir de subproductos agroindustriales, de fuentes vegetales (residuos de cultivos) y desechos animales (por ejemplo, colágeno, tejidos epiteliales, etc.). La síntesis química también se puede utilizar para la obtención de compuestos simples o mezclas de ellos. Otros compuestos nitrogenados incluyen betaínas, poliaminas y aminoácidos no proteicos, que pueden ser muy abundantes y diversos en plantas superiores, pero pobremente caracterizadas con respecto a sus roles fisiológicos y ecológicos en la producción agrícola.

En caña de azúcar se ha demostrado que la aplicación foliar de glicina-betaína mejoró la tolerancia de rebrotes de caña de azúcar a las altas temperaturas y el estrés por calor (Resheed et al., 2011).

EXTRACTOS DE ALGAS MARINAS Y PLANTAS SUPERIORES

El uso de algas frescas como fuente de materia orgánica y como fertilizantes ha sido algo muy común a lo largo de la historia de la agricultura. Más recientemente, las algas marinas han sido abordadas como importantes fuentes de compuestos bioestimulantes que incluyen extractos purificados y polisacáridos como laminarina, alginatos y carragenanos, así como sus productos de descomposición. Otros componentes de las algas marinas que contribuyen a la promoción del crecimiento de las plantas incluyen nutrimentos esenciales, esteroles, compuestos nitrogenados como betaínas, y hormonas. Varios de estos compuestos son de hecho exclusivos de su fuente de algas, lo que explica el creciente interés de los científicos y de la industria hacia estos grupos taxonómicos, que incluyen especies de los géneros de algas pardas como Ascophyllum, Fucus y Laminaria.

En cuanto a extractos de plantas superiores, los aleloquímicos están recibiendo cada vez más atención como bioestimulantes en el contexto de la agricultura sustentable.

En caña de azúcar, la aplicación de extractos de algas marinas mejora diferentes indicadores incluyendo tasa fotosintética neta, tasa de transpiración y eficiencia en el uso del agua, aumento de N, eficiencia de utilización de P o K, y el rendimiento de tallos molederos (Chen et al., 2021).

QUITOSANO Y OTROS POLÍMEROS

El quitosano es una forma desacetilada del biopolímero quitina, producido de forma natural e industrial. Los efectos fisiológicos del quitosano en las plantas resultan de la capacidad de este compuesto policatiónico para unirse a diferentes componentes celulares, incluido el ADN, componentes de la membrana plasmática y la pared celular, y receptores específicos que activan genes de defensa en la célula vegetal. El quitosano puede estimular la acumulación de peróxido de hidrógeno y el flujo de calcio, lo que a su vez son elementos clave en la señalización de las respuestas al estrés y en la regulación del desarrollo. En particular, la aplicación de quitosano puede mejorar la respuesta de las plantas a diferentes tipos de estrés abiótico como sequía, salinidad, o frío, y estimular el crecimiento de las plantas y la calidad de las cosechas.

En caña de azúcar, se ha demostrado que la aplicación de quitosano mejora la composición química, la calidad microbiológica y la estabilidad aeróbica del ensilaje de hojas y tallos de este cultivo (Gandra et al., 2016).

COMPUESTOS INORGÁNICOS

Los compuestos inorgánicos incluyen diferentes sales de fosfito, así como elementos benéficos.

El fosfito (Phi) es un alóstero del ión fosfato (Pi), y se ha documentado su efecto en la bioestimulación de diversas plantas cultivadas (Gómez-Merino y Trejo-Téllez, 2015; Trejo-Téllez y Gómez-Merino, 2018). Además de estimular el crecimiento, el desarrollo y las respuestas de las plantas para tolerar diversos tipos de estrés abiótico, el Phi puede mejorar numerosos atributos de calidad de las cosechas incluyendo su capacidad antioxidante y la acumulación de sólidos solubles totales.

Sobre elementos benéficos, se han propuesto por lo menos 10: aluminio (Al), cerio (Ce), cobalto (Co), yodo (I), lantano (La), sodio (Na), selenio (Se) y silicio (Si), titanio (Ti) y vanadio (V), los cuales pueden estimular la biología de diferentes especies. Dado que no se ha comprobado que desempeñen ninguna función vital en la biología de la planta, estos elementos no se consideran nutrimentos esenciales, sino elementos benéficos categorizados como bioestimulantes inorgánicos (Gómez-Merino y Trejo-Téllez, 2018).

En caña de azúcar, el fosfito puede mejorar algunos indicadores de calidad de los jugos (Raposo-Junior et al., 2011; Lavín-Castañeda, 2020), y se prevé que pueda tener efectos significativos sobre las respuestas de este cultivo a diversos tipos de estrés abiótico.

En cuanto a los elementos benéficos, el más estudiado y el que ha mostrado uno de los mayores efectos en caña de azúcar es el silicio. Dentro de los elementos que puede absorber este cultivo, el silicio es el que más se acumula en el tallo, con hasta 380 kg ha-1 Si en un ciclo de 12 meses (Savant et al., 1999). Con estos niveles de acumulación, el Si también ha mostrado numerosos beneficios en caña de azúcar, incluyendo mejoras en crecimiento y desarrollo, rendimiento, estimulación de mecanismos de resistencia a estreses como toxicidad por Al, Mn y Fe, mayor disponibilidad de P, menor acame, mejor erección de hojas y tallos, resistencia a la temperaturas bajas y mejora en la economía de agua de la planta.

HONGOS BENÉFICOS

Dentro de las relaciones benéficas de microorganismos con plantas, los hongos interactúan con las raíces de a través de procesos de simbiosis mutualistas. Dentro de los hongos benéficos, lo hongos micorrízicos son un grupo heterogéneo de taxones que establecen simbiosis con más del 90% de todas las especies vegetales. Entre las diferentes formas de interacciones físicas, los hongos que forman micorrizas vesículo arbusculares son un tipo extendido de endomicorrizas asociado con diversas plantas cultivadas, y actualmente existe un interés creciente por el uso de micorrizas para promover la agricultura sostenible, considerando los beneficios ampliamente aceptados de las simbiosis para la eficiencia nutricional (tanto para macronutrientes, especialmente P, como para micronutrientes), equilibrio hídrico, protección de las plantas frente al estrés abiótico.

En caña de azúcar se ha mostrado ampliamente el beneficio de los hongos microrrízicos en el incremento de la tasa fotosintética, mejora en la regulación de la actividad estomática en condiciones de estrés por deficiencia de agua (Jamal et. Al., 2004). Otro hongo benéfico, Trichoderma, induce mejoras en crecimiento, rendimiento y calidad del jugo de este cultivo (Srivastava et al., 2006).

BACTERIAS BENÉFICAS

En términos de beneficios para las plantas, las bacterias pueden promover mejoras en los ciclos biogeoquímicos, suministro de nutrientes, aumento en el uso eficiente de nutrientes, inducción de resistencia o tolerancia a diversos factores de estrés abiótico, y regulación de la morfogénesis vegetal a través de la estimulación de la síntesis de sustancia promotoras del crecimiento vegetal. De hecho, las bacterias promotoras del crecimiento vegetal son el grupo más importante de estos procariotas en caña de azúcar que pueden mejorar la eficiencia en el uso de P (Rosa et al. 2020) y de otros nutrimentos esenciales (Cipriano et al., 2021).

CONSIDERACIONES

Es importante puntualizar que el efecto de los bioetimulante de los productos y organismos que caen en alguna de las siete categorías revisadas es sobre el metabolismo vegetal y la biología del suelo. Los bioestimulantes no tienen una acción directa sobre las enfermedades o plagas de los cultivos y por lo tanto no entran en la regulación de los productos fitosanitarios, a diferencia de los productos de biocontrol.

CONCLUSIONES

Los bioestimulantes incluyen productos que contienen sustancias inertes o microorganismos para mejorar la funcionalidad de las plantas y del suelo, o las interacciones entre el suelo y las plantas. Así, estas soluciones innovadoras permiten estimular los procesos biológicos dentro de la planta o en el suelo, lo que a su vez posibilita que la planta pueda expresar todo su potencial genético en un medio óptimo u optimizado.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Subdirección de Vinculación del Campus Córdoba y a la Dirección de Vinculación del Colegio de Postgraduados por los apoyos y facilidades brindadas para la gestión de acciones de vinculación en la cadena de valor de la caña de azúcar. También se agradece el apoyo de la Universidad Veracruzana a través de la Maestría en Manejo y Explotación de los Agrosistemas de la Caña de Azúcar.

FUENTES CONSULTADAS

Busato J.G., Zandonadi D.B., Dobbss L.B., Façanha A.R., Canellas L.P. 2010. Humic substances isolated from residues of sugar cane industry as root growth promoter. Scientia Agricola Piracicaba 67 (2): 206–212.

Chen D., Zhou W., Yang J., Ao J., Huang Y., Shen D., Jiang Y., Huang Z., Shen H. 2021. Effects of seaweed extracts on the growth, physiological activity, cane yield and sucrose content of sugarcane in China. Frontiers in Plant Science 12, 659130. doi: 10.3389/fpls. 2021.659130

Cipriano M.A.P., Freitas-Iório R.P., Dimitrov M.R., de Andrade S.A.L., Kuramae E.E., Silveira A.P.D. 2021. Plant-Growth Endophytic Bacteria improve nutrient use efficiency and modulate foliar N-metabolites in sugarcane seedling. Microorganisms 9: 479. https://doi.org/10.3390/microorganisms9030479

du Jardin P. 2015. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Scientia Horticulturae 196: 3–14

Gandra J.R., Oliveira E.R., Takiya C., Goes R., Paiva P.G., Oliveira K., Gandra E.R., Orbach N.D., Haraki H. 2016. Chitosan improves the chemical composition, microbiological quality, and aerobic stability of sugarcane silage. Animal Feed Science and Technology 214: 44 52.

Gómez-Merino F.C., Trejo-Téllez L.I. 2015. Biostimulant activity of phosphite in horticulture. Scientia Horticulturae 196: 82–90.

Gómez-Merino FC, Trejo-Téllez LI. 2018. The role of beneficial elements in triggering adaptive responses to environmental stressors and improving plant performance. In Vats S (Ed.): Biotic and abiotic stress tolerance in plants, Springer, Singapore. pp. 137–172.

Govindasmy R., Chandrasekaran S. 1992. Effect of humic acids on the growth, yield and nutrient content of sugarcane. Science of the Total Environment 117-118: 575–581.

Jamal S.F., Cadet P., Rutherford R.S., Straker C.J. 2004. Effect of mycorrhiza on the nutrient uptake of sugarcane. Proceedings of the South African Sugar Technologists Association 78: 343–348.

Lavín-Castañeda J. 2019. Selección varietal de caña de azúcar (Saccharum spp.) y respuestas a la aplicación de fosfito como bioestimulante. Tesis de Maestría en Ciencias. Colegio de Postgraduados Campus Córdoba. Amatlán de los Reyes, Veracruz, México.

Raposo-Junior J.L., Neto J.A.G., Sacramento L.V.S. 2011. Evaluation of different foliar fertilizers on the crop production of sugarcane. Journal of Plant Nutrition 36 (3): 459–469.

Rasheed R., Wahid A., Farooq M., Hussain I., Basra S.M.A. 2011. Role of proline and glycinebetaine pretreatments in improving heat tolerance of sprouting sugarcane (Saccharum sp.) buds. Plant Growth Regulation 65 (1), 35–45.

Rosa P.A.L., Mortinho E.S., Jalal A., Galindo F.S., Buzetti S., Fernandes G.C., Barco-Neto M., Pavinato P.S., Teixeira-Filho MCM. 2020. Inoculation with growth-promoting bacteria associated with the reduction of phosphate fertilization in sugarcane. Frontiers in Environmental Science 8: 32. doi: 10.3389/fenvs.2020.00032

Savant N.K., Korndorfer G.H., Datnoff L.E., Snyder GH. 1999. Silicon nutrition and sugarcane production: a review. Journal of Plant Nutrition 22 (12): 1853–1903

Srivastava S.N., Singh V., Awasthi S.K. Trichoderma induced improvement in growth, yield and quality of sugarcane. Sugar Tech 8: 166 169. Trejo-Téllez L.I., Gómez-Merino F.C. 2018. Phosphite as an inductor of adaptive responses to stress and stimulator of better plant performance. In: Vats S. (Ed.): Biotic and Abiotic Stress Tolerance in Plants. Springer, Singapore. pp. 203–238.