FORMULACIONES DE BIOESTIMULANTES, UNA EXPERIENCIA PERSONAL.

I.               INTRODUCCION

Generalmente en agricultura estamos expuestos a enfrentar situaciones de estrés, y sobre ello, señalamos que cualquier cambio ambiental que afecte el óptimo de la tasa de crecimiento e impidiendo a la planta de que alcance su pleno potencial productivo. El estrés puede ser causado por factores bióticos, tales como fitoparásitos, animales, insectos o patógenos (bacterianos o fúngicos). También puede ser causado por factores abióticos del ambiente, como salinidad, deficiencias y toxicidad por nutrientes minerales, altas o bajas temperaturas y déficit o excesos hídricos. Tenemos  nuestra teoría que, además de alterar el patrón de crecimiento, uno de los principales síntomas de plantas bajo condiciones de estrés es el desarrollo de clorosis, lo que refleja la degradación del aparato fotosintético. Y es a allí donde los bioestimulantes son de un marcado interés, que conlleva a su aplicación e incorporación en los planes nutricionales.

En el metabolismo de las plantas descrito como  la secuencia de reacciones bioquímicas se observa la respiración, que  es el reverso de la fotosíntesis, al ocurrir hidrólisis de azúcares para dar, cuando es completa, anhídrido carbónico y agua, con liberación de energía. Las etapas que comprenden el proceso respiratorio son la glucólisis, el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo de Krebs) y la fosforilación oxidativa (sistema de transporte de electrones) Las diversas etapas de la respiración sirven para la formación de varios productos orgánicos necesarios para las plantas, por lo que la tasa respiratoria depende de la presencia de un substrato disponible. Las plantas estresadas y que tienen reservas bajas de almidón, fructanos o azúcar, respiran a tasas bajas. Las plantas con deficiencia en azúcares muchas veces respiran con mayor rapidez cuando se les proporcionan tales azúcares. La demanda energética y la disponibilidad de oxígeno están directamente relacionadas con la tasa respiratoria. Esta es la llave que gatilla la recuperación de la planta.

Ahora, aplicaciones exógenas de nutrientes preformados a  través de la fertilización foliar puede contribuir en la calidad y en el incremento de los rendimientos de las cosechas, y sabemos que muchos problemas de fertilización al suelo se pueden resolver fácilmente mediante la fertilización foliar.  Aunque esta forma de nutrición a través de las hojas no es la forma normal,  la función específica de la hoja es producir los carbohidratos, pero por sus características anatómicas presenta características morfoanatomicas  para una incorporación inmediata de los nutrientes a los fotosintatos y la translocación posterior de éstos a los lugares de la planta de mayor demanda.

Sin lugar a duda, si preguntas a los especialistas agrícolas, todos aplican  bioestimulantes, para incrementar sus rendimientos. Se estima que el mercado de bioestimulantes  crece a una tasa  anual de 10%, pues se ha convertido en un insumo agrícola importante para la producción sostenible de cultivos. Es así que la consultora peruana Maximixe (2015) pronosticó que las tendencias del mercado de fertilizantes en el Perú crecería 8% anual, debido al crecimiento de la producción agrícola en 3,7% anual, y por la ampliación de las áreas cultivables con la realización de proyectos de irrigación como Olmos y Majes Siguas II.

II.             FORMULACIONES AGRICOLAS

Cuando formulamos bioestimulantes  agrícolas, aseguramos que  contienen moléculas y / o microorganismos cuya funcionalidad  radica, dependiendo si se aplica a las partes aéreas de las plantas o la rizosfera, incluso en el tratamiento de semillas para asegurar un alto vigor de la emergencia en la germinación y etapas tempranas de desarrollo.  En todos ellos se logra el objetivo de estimular  procesos que sin su aplicación, se desarrollan naturalmente,  pero  con ellos  se desarrollan de una manera mucho más acelerada,  gracias a que se puede mejorar la absorción  y la eficiencia de nutrientes, la tolerancia al estrés biótico y abiótico. 

El mercado bioestimulantes contempla los  aminoácidos, extractos fitoquímicos de plantas (incluido las algas) y extractos de microorganismos, además  componentes  celulares que integran vía bioquímicas y de activación de respuesta fisiológica como los  ácidos carboxílicos de las vías glucogénicas etc., son los diferentes tipos de bioestimulantes de uso común. El costo de producir uno de ellos depende de la complejidad biotecnológica que utiliza y el presupuesto disponible para investigación y desarrollo en mejora continua.

¿Que  podemos ofrecer para la agricultura por el ingrediente activo?

·       La materia orgánica liquida

·       Los carboxilatos que integran  vías metabólicas

·       Los Aminoácidos libres e hidrolizados proteicos

·       Los carbohidratos energéticos fisiológicamente activados

·       Los extractos vegetales con actividad biológica

·       Los metabolitos de Algas marinas y sus  caldos biotrasformados

  

II.a. BIOTRASFORMACIONES

En estos tipos de productos se propone reemplazar parte de la nutrición químicas sintética con productos o desechos del mismo ecosistema, los nutrientes son liberados a partir de la elaboración de transformaciones bioquímicas por microrganismos y reacciones fitoquímicas, y en algunos casos con técnicas de química orgánica. Con el empleo de los residuos pecuarios, materia orgánica de alto contenido proteico, glúcido y graso, todos ellos con una alta susceptibilidad a ser hidrolizado manteniendo monómeros fosforilados de fácil absorción. Destacan los residuos de la agroindustria  cuyos orígenes son restos orgánicos del descarte.

El Proceso de producción de un bioestimulnte  se inicia con la producción de inoculo microbiano que es enfrentado a un variado tipo de sustrato, en procesos biotecnológicos de fermentación anaeróbica y aeróbica, el producto final de este proceso es la obtención de una excelente enmienda orgánica y fertilizante con una buena población microbiana benéfica. La extracción fitoquímica es una herramienta para concentrar moléculas consideradas  como productos naturales  con actividad biológica

Los productos finales obtenidos son sustancias naturales con función bioestimulante (estimula el crecimiento, la floración, el enraizamiento, el cuajado y maduración de frutos) y también fertilizante (provee de nutrientes orgánicos a las plantas).

Los fertilizantes orgánicos parten de sustratos orgánicos y sufren una serie de biotransformaciones en sustancias que son asimilables por las plantas. Nuestro método para la elaboración de abonos orgánicos tiene cuidados especiales para no afectar la actividad microbiológica en la descomposición.

Nuestro procedimiento contempla el uso de fuentes orgánicas  con composiciones definidas a fin de que el producto final posea una proporción ideal de elementos nutritivos para el cultivo a tratar. Se trata de un proceso de producción de biotecnológica, mediante enzimas producidas en los mismos sustratos que dan lugar a los bioestimulantes,  en un proceso en dos fases para la obtención de un producto líquido rico en fitonutrientes solubles y de alta absorción, para su uso como fertilizantes y estimulantes de la germinación, el enraizamiento, el crecimiento, la floración, el cuajado y la maduración de plantas y sus frutos. Puede aplicarse en sus diferentes variantes a cualquier tipo de planta, momento del desarrollo vegetal, suelo y forma foliar al cultivo, y potencialmente utilizable en agricultura orgánica.

Los procesos productivos se dividen en fermentativos anaeróbicos y aeróbicos:

a.     Una fase fermentativa anaeróbica con microorganismos productores de enzimas hidrolíticas usando como base del medio de cultivo, restos orgánicos y CaCl₂ en concentraciones que favorecen la excreción de enzimas. Los procesos fermentativos desarrollados con tratamientos microbianos, tenemos, que debido al poco control que se ejerce sobre el crecimiento microbiano que es inespecífico, hace que en el producto final se obtenga dos tipos de productos: Sustancias solubles en forma líquida con capacidad bioestimulante y fertilizante, y un subproducto sólido con capacidad fertilizante, esta fase reductiva produce metano, amoniaco, fosfina,sulfuro de hidrogeno y borano.

b.     Una fase de fermentación aerobica: de producción mediante hidrólisis enzimática directa, son mucho más eficientes y dan lugar a productos líquidos que presentan una mayor capacidad bioestimulante, mayor biodisponibilidad y funcionalidad a la hora de su aplicación. Siendo el medio de cultivo óptimo de Bacillus licheniformis, un microorganismo excretor de enzimas. En la fase fermentativa se ha de conseguir una producción de una fase líquida enriquecida en actividad hidrolítica de origen microbiano. El biorreactor debe estar a pH neutro, T^a óptima para el desarrollo del microorganismo (35-37⁰C) y aireación durante 240-380 horas/m³, dependiendo del volumen del lote producido. Se obtiene una disolución del sustrato modificado con un elevado contenido en enzimas excretadas por el microorganismo, que se emplea en la fase hidrolítica del procedimiento como base enzimática para aumentar la productividad del bioestimulante. Enzimas que hidrolizan enlaces éster, enzimas que atacan a los enlaces glucosídicos y enzimas que deshacen enlaces de Nitrógeno

Por ello, en esta fase de oxidación completa se produce dióxido de carbono, nitratos, fosfatos, sulfato y borato. Por último se procede a la separación sólido - líquido mediante filtración y luego decantación, a la concentración y acidificando el medio para disminuir el pH facilitando el almacenaje, el transporte y, sobre todo, porque en esas condiciones es totalmente estable. Los sólidos resultantes no solubilizados, pueden emplearse como abono orgánico convencional y el líquido resultante es el producto con capacidad bioestimulante para su uso como fertilizantes y estimulantes de la germinación, el enraizamiento, el crecimiento, la floración, el cuajado y la maduración de sus plantas y frutos.

Se puede hidrolizar una proteína por enzimas o por acción de ácidos y álcalis, pero fisiológicamente no es recomendable usar los álcalis por perder su naturaleza, la hidrólisis acida y enzimática, mantienen la característica levógira de los aminoácidos, la diferencia entre ellos es la capacidad de formar  aminoácidos libres, las enzimas son muy específicas para ciertos enlaces, por lo que genera una limitada cantidad de aminoácidos libres, la hidrólisis acida supera grandemente a la enzimática^.

Para obtener nuestros aminoácidos  realizamos hidrólisis proteica en un biorreactor, con control de agitación, pH, temperatura y tiempo del proceso. El sustrato se disuelve en agua, se agrega la cepa microbiana productor de la enzima proteasa dando inicio a la hidrólisis. A medida que ésta progresa se produce una disminución del pH debido a la rotura de los enlaces peptídicos, que se desarrolla en un conjunto de reacciones simultáneas de ruptura de enlaces, dando distintas tipos de aminoácidos, una ulterior hidrolisis acida nos permite llegar a la estructura base de un aminoácido que es el aminoácido más simple, la Glicina, este es el mago que permite la mejor estabilidad al complejo quelato metal, de nuestros metalosatos, por tener un equilibrio de carga, es mucho más fácil tomar y soltar el metal que cuando hay más fuerzas iónicas  en competencia, como cuando quelatamos con  una mezcla racémica de diferentes aminoácidos. A su vez  luego la estructura amínica  sirve para formar otros aminoácidos vegetales y ulteriores proteínas, y el metal ha sido trasportado y puesto a disposición de la bioquímica  de la planta, para cumplir su función fisiológica y nutricional.

Para obtener nuestras formulas a base de extractos de  algas marinas como un bioestimulante, usamos polvo de algas marinas del litoral peruano  Lessonia (Aracantos), y Macrocystis (Sargazos) además de   Fucus y Laminaria, micronizadas, desalinizadas  y filtradas, y sometidas a biotransformacion microbiana, para recuperar una amplia gama de bioelicitores o moleculares fenólicas con actividad biológica, que integran las vías metabólicas de regulación del crecimiento como auxinas, citoquininas y giberelinas.

II.b QUELATOS DE METALES CON AMINOACIDOS:

De acuerdo con las propiedades físicas y químicas que comparten, los elementos se pueden clasificar en tres grandes categorías: metales, metaloides y no metales. Los metales forman compuestos iónicos similares a sales con compuestos no metálicos. En Agricultura nos interesa mayormente: El Potasio, El Calcio, el Magnesio, el Manganeso, el Hierro, el Zinc, el Molibdeno, el Cobalto, como ejemplo tomaremos el Potasio.

El Potasio es un metal porque está posicionado en el período 4 y el grupo I (alcalinos) de la tabla periódica, esto quiere decir que tiene la configuración de la última capa de valencia ns^1, tiende a ceder 1 electrón para conseguir la máxima estabilidad (8 electrones en la última capa), es decir, tiende a hacer cationes monopositivos, tiene baja electronegatividad y tiende a reaccionar con los no metales mediante enlace iónico: Por ello, forma complejos con  aminoácidos,  a manera de ligando.

Este complejo de un átomo o ion central que actúa como ácido de Lewis está coordinado por un ligando que actúa como base de Lewis. Llamado ligando monodentado que es el caso del grupo amino del aminoácido ionizado que conduce a la formación de un quelato. Para nombrar un complejo, los ligandos se nombran antes del metal. Si el complejo es un anión, su nombre termina en ato. Por ello el vulgo de llamarlos metalosatos que  quiere decir  quelato de un metal con aminoácido.

La mayoría de foliares son líquidos concentrados y las moléculas orgánicas de la formulación requieren diluirse en agua, y estas a medida que la cadena del compuesto se hace más larga, se hace menos soluble en agua. El agua es un solvente anfiprótico y por lo tanto puede por ejemplo ionizar una amina dándole un protón o un ácido aceptando un protón del mismo. Esta reacción se ilustra así:

El número de ácidos y bases que pueden ser ionizados por el agua es limitado, y es probable que la mayoría de los que se disuelven lo hagan por formación de puentes de hidrógeno más bien que por ionización y solvatación de los iones.

III: CARBOXILATOS DE METALES

Los Acidos carboxilicos que usamos en formulaciones  son el Acido Tartarico, Fumarico, Lactico, Citrico, Malico y Maleico. Los compuestos que contienen al grupo carboxilo son ácidos y se llaman ácidos carboxílicos.

Un ácido carboxílico cede protones por ruptura heterolítica de enlace O-H dando un protón y un ión carboxilato. Los ácidos carboxílicos forman puentes de hidrógeno con el agua, un ácido carboxílico se puede disociar en agua para dar un protón y un ión carboxilato. La constante de equilibrio Ka se llama constante de acidez, alli es donde se puede entrar un sustituyente que estabilice al ión carboxilato, con carga negativa, aumenta la disociación y produce un ácido más fuerte. De este modo los átomos electronegativos aumentan la fuerza de un ácido. Este efecto inductivo puede ser muy grande si están presentes uno o más grupos que atraen electrones en el átomo de carbono alfa.

El ciclo de Krebs (conocido también como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico) es un ciclo metabólico de importancia fundamental en todas las células que utilizan oxígeno durante el proceso de respiración celular. En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de los carbohidratos, las grasas y proteínas  en anhídrido carbónico y agua, con la formación de energía química.

El ciclo del ácido cítrico, considerado el embudo del metabolismo, consiste ocho reacciones enzimáticas, todas ellas mitocondriales en los eucariontes. El ciclo del ácido cítrico es la vía central del metabolismo aerobio: es la vía oxidativa final en el catabolismo de los carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos, además es una fuente importante de intermediarios de vías biosintéticas. En muchas células la acción acoplada del ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones son responsables de la mayoría de la energía producida.

El ciclo de Krebs, es la ruta central común para la degradación de los restos acetilo (de 2 átomos de C) que derivan de los glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos. Es una ruta universal, catalizada por un sistema multienzimático que acepta los grupos acetilo del acetil-CoA como combustible, degradándolo hasta CO₂ y átomos de Hidrógeno, que son conducidos hasta el O₂  que se reduce para formar H₂O (en la cadena de transporte de electrones).

IV.           INCORPORACION EXOGENA DE FRUCTANOS.

Cuando aportamos azucares en nuestras formulaciones  sobretodo  durante el periodo de rápida expansión del tamaño de la fruta, los azúcares solubles son responsables en mayor parte del aumento de la biomasa del fruto. Además, algunos autores señalan que estos azúcares disminuyen a medida que comienza la síntesis de aceite y durante la maduración de la fruta, esto sugiere que estos carbohidratos juegan un rol importante, no solamente en los procesos metabólicos asociados al desarrollo de la fruta, sino que también en los procesos respiratorios asociados a la maduración y a la fisiología del fruto durante la postcosecha.

Uno de los periodos críticos durante el desarrollo del fruto es la competencia que se establece entre éste y el desarrollo vegetativo por los fotosintatos en las primeras etapas de crecimiento. Cuando se registran las mayores demandas de estos productos por parte del fruto y los brotes, por ello  para la producción exitosa de frutos, después de la floración, depende de una adecuada disponibilidad de carbohidratos. y se debe asegurar que los niveles de carbohidratos aumenten al mismo tiempo que los azúcares, los azúcares no son la principal fuente de reservas de carbohidratos, pero sí constituyen la fuente energética inmediata para la planta.

 

V.             INCORPORACION EXOGENA DE POLIFENOLES

Se puede  incorporar  extractos crudos  de moléculas fenólicas de la vía metabólica del shikimico, en unión bioquímica que le permitan traslocar fácilmente dentro de la planta, los ácidos fenólicos son intermediarios de la biosíntesis de fitoalexinas, para obtener una respuesta inmediata y sostenida contra la infección de fitopatógenos y activar la respuesta fisiológica al estrés. Para ello recolectamos, desecados, trituramos hasta polvo grosero los restos de petalos florales, para proceder a la extracción de los fitoconstituyentes, con el empleo sucesivo de diferentes solventes apropiados como el etanol, hexano, diclorometano, acetona etc, y en agua caliente.