BIOESTIMULANTES COMO PROTECCIÓN DE LAS PLANTAS FRENTE A UN SUMINISTRO DEFICIENTE DE NITRÓGENO

Especialmente, la acumulación de nitratos en las porciones comestibles de los cultivos es un importante motivo de preocupación para la salud humana. Según las recomendaciones del Comité FAO/OMS de Expertos en Aditivos Alimentarios (JECFA, 2002), la ingesta diaria de nitratos por un individuo no debe superar los 3,7 mg/kg de peso corporal. La ingesta dietética excesiva de nitrato y sus derivados, como el nitrito, el óxido nítrico y los compuestos N-nitroso, se asocia con un tipo grave de anemia llamada metahemoglobinemia en bebés pequeños y un mayor riesgo de problema de salud humana, como cánceres gástricos y de vejiga (Colla et al., 2018). Una estrategia conocida para minimizar la acumulación de nitratos en los cultivos es retener o reducir el aporte de nitrógeno antes de la cosecha. Esta práctica es eficaz especialmente en hortalizas de hoja porque las necesidades de nitrógeno de los cultivos disminuyen a medida que el crecimiento de las plantas madura y obliga a los nitratos almacenados a ser utilizados para apoyar el crecimiento, lo que permite a las plantas acumular compuestos orgánicos en lugar del osmótico decreciente. Una estrategia alternativa y prometedora consiste en aplicar bioestimulantes vegetales en combinación con la fertilización nitrogenada para impedir que los cultivos acumulen un exceso de nitrógeno, evitando al mismo tiempo el riesgo de comprometer el rendimiento y la calidad de las cosechas.

Los bioestimulantes vegetales han recibido gran atención en los últimos años como innovación tecnológica para la sostenibilidad de los sistemas agrícolas. Los bioestimulantes vegetales son un amplio grupo de sustancias naturales e inoculantes microbianos, como hidrolizados de proteínas (PH), extractos de algas marinas (SE), sustancias húmicas (HS), hongos micorrícicos arbusculares (AMF) y bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPB). Está demostrado que estos bioestimulantes mejoran el crecimiento y el rendimiento de los cultivos, la calidad nutricional y la tolerancia al estrés abiótico y biótico con solo una pequeña aplicación (Colla y Rouphael, 2015). Los bioestimulantes vegetales también mejoran la estructura del suelo mediante la simulación de actividades microbianas y mejoran la absorción de nitrógeno por parte de las plantas al alterar sus características morfológicas y fisiológicas (Halpern et al., 2015) (Fig. 2). Uno de los efectos más conocidos de los bioestimulantes vegetales es el notable aumento del crecimiento de las raíces. Los cambios en la arquitectura de las raíces permiten a las plantas explorar un mayor volumen de suelo y capturar eficazmente los nutrientes. Estas funciones se consideran derivadas de la presencia de péptidos bioactivos que inducen actividades similares a las hormonas (auxina, giberelinas y brasinoesteroides), que implican complejas interacciones entre fitohormonas (Colla et al., 2015; Kim et al., 2019). Varios estudios también sugieren que los bioestimulantes vegetales promueven la reducción y asimilación de nitrógeno a través de la regulación coordinada de las vías metabólicas del nitrógeno (Schiavon et al, 2008; Sestili et al., 2018).

Fig. 2. Efectos positivos de los bioestimulantes en el rendimiento y la calidad de los cultivos en condiciones de alto (izquierda) y bajo (derecha) contenido de nitrógeno.

Otro efecto bien conocido de los bioestimulantes vegetales es la mejora del rendimiento y la calidad de los cultivos. En las respuestas de las plantas a los bioestimulantes intervienen mecanismos diferenciales en función de las condiciones de fertilización nitrogenada(Fig. 2). Los bioestimulantes pueden proteger a las plantas del bajo nivel de nitrógeno mejorando el rendimiento y la calidad de los cultivos y del alto nivel de nitrógeno reduciendo la acumulación de nitratos. Estos últimos efectos no son inequívocos y dependen en gran medida del cultivo, las condiciones ambientales y el tipo de bioestimulantes aplicados, pero el peso de la evidencia apoya esta afirmación. Por ejemplo, el PH disminuyó los nitratos en hortalizas de hoja, incluyendo rúcula, acelga, espinaca, lechuga y perejil, así como apio y rábano, bajo alto contenido de nitrógeno (Colla et al., 2015). Del mismo modo, la aplicación de una solución de PH redujo la acumulación de nitrato en lechuga cultivada bajo alto contenido de nitrógeno (Tsouvaltzis et al., 2014). El PH no afectó al contenido de nitrato en rúcula de pared perenne (Giordano et al., 2020) pero lo aumentó en las hojas de espinaca (Carillo et al., 2019). Se observó un aumento de la acumulación de nitratos en rúcula aplicada con PH, pero se mantuvo por debajo de los límites legales establecidos por la Comisión Europea (Di Mola et al., 2019a).

Los efectos de los bioestimulantes vegetales sobre la acumulación de nitrato en los cultivos variaron en función de los tipos de fertilizantes nitrogenados sintéticos utilizados o de las condiciones climáticas, lo que indica la interacción entre los bioestimulantes vegetales y los factores ambientales. En un estudio en el que se evaluaron varios fertilizantes nitrogenados en combinación con AMF(Glomus intraradices), la acumulación de nitrato en lechuga se redujo o no se vio afectada cuando se inoculó con AMF, pero aumentó cuando se utilizó urea como fuente de nitrógeno (Mitova et al., 2017). El efecto beneficioso de la inoculación de PGPB(Enterobacter sp. y Bacillus sp.) en los trasplantes desapareció durante la producción en campo debido a la baja intensidad de la luz y las bajas temperaturas al final de la temporada, y el contenido de nitrato en las hojas de lechuga aumentó independientemente de la inoculación de PGPB (Szczech et al., 2016). Estos hallazgos sugieren que los factores ambientales tienen impactos significativos en la acumulación de nitrato en los cultivos y pueden enmascarar los efectos beneficiosos de los bioestimulantes vegetales. Las interacciones de los bioestimulantes y los factores ambientales necesitan más investigaciones para aclarar este aspecto.

Mientras tanto, los bioestimulantes sirven como fuente de nitrógeno orgánico (es decir, aminoácidos y péptidos) en condiciones de nitrógeno limitado y mejoran el crecimiento y el rendimiento y la calidad nutricional de los cultivos al aumentar el nitrógeno total de los cultivos(Fig. 2). Un estudio reciente mostró que tales efectos inducidos por PH estaban asociados con la regulación al alza de la expresión de genes que codifican el transporte de aminoácidos y transcritos de las enzimas implicadas en la asimilación de nitrógeno (Sestili et al., 2018). La aplicación foliar de PH aumentó el rendimiento y el contenido total de aminoácidos en espinaca de invernadero bajo bajo nitrógeno (Carillo et al., 2019). Del mismo modo, la pulverización foliar de SE mejoró el rendimiento de lechuga baby bajo bajo nitrógeno; sin embargo, el contenido de nitrato en la hoja también aumentó, pero a un nivel por debajo de los límites legales (Di Mola et al., 2019b). La inoculación con AMF o PGPB aumentó el nitrógeno total en los brotes de plantas de fresa bajo fertilización reducida con algunas variaciones en el efecto por las cepas (Lingua et al., 2013). Una inoculación combinada de plantas con PGPB y AMF mejoró el rendimiento y la nutrición de los frutos de tomate (β-caroteno) bajo fertilización reducida (Bona et al., 2018). Una observación similar se realizó en plantas de lechuga expuestas a estrés hídrico, donde la inoculación con PGPB, sola o en combinación con AMF, estimuló la actividad nitrato reductasa en las hojas, aumentando el contenido total de nitrógeno (Kohler et al., 2008). Una mezcla de bioestimulantes que contenía PH y HS mantuvo el rendimiento de la fruta y los parámetros de calidad bajo fertilización reducida, al tiempo que aumentó la proteína soluble total en los frutos de tomate (Koleška et al., 2017). La información colectiva de estos estudios proporciona información sobre la función de los bioestimulantes vegetales en la mejora del rendimiento y la calidad nutricional de los cultivos cuando el nitrógeno es limitado.

Los conocimientos actuales ofrecen perspectivas prometedoras sobre el uso de bioestimulantes en la producción agrícola. En general, la aplicación de bioestimulantes protege a los cultivos de los riesgos potenciales de pérdida de rendimiento y calidad y ayuda a producir cosechas de forma segura y sostenible. Dado que los bioestimulantes vegetales se utilizan en combinación con fertilizantes nitrogenados reducidos, este enfoque tiene el potencial de mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno en los sistemas de producción. A la luz de los muchos beneficios que pueden aportar a los sistemas de producción de cultivos, los bioestimulantes vegetales constituyen una opción viable para los agricultores, que aborda la seguridad alimentaria, la nutrición y la sostenibilidad medioambiental.