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El quitosano como bioestimulante vegetal en la horticultura moderna

Por: Mohamad Hesam Shahrajabian, Spyridon A. Petropoulos
Departamento de Agricultura, Producción de Cultivos y Medio Rural, Universidad de Tesalia, calle Fytokou, 38446, Volos, Grecia.
*Correspondencia: spetropoulos@uth.gr, hesamshahrajabian@gmail.com

 

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Los biopolímeros como el quitosano son un grupo de bioestimulantes que poseen propiedades beneficiosas con varias aplicaciones en cultivos hortícolas.
El quitosano, en particular, se produce tras la desacetilación de la quitina y ha sido objeto de investigación durante las últimas décadas debido a sus interesantes efectos en los cultivos. Se produce comercialmente a partir de conchas de marisco y su principal aplicación está relacionada con la defensa de las plantas frente a patógenos, ya que puede inducir la producción de moléculas protectoras frente a patógenos. Se considera un material prometedor para la eliminación de contaminantes, un polímero ecológico y polivalente con amplias aplicaciones en diversos campos como la agricultura, la cosmetología, la alimentación, el papel, la farmacia y la industria textil, y puede combinarse con muchos otros polímeros y elementos y utilizarse en sistemas de producción vegetal. También se han descrito actividades bioestimulantes asociadas principalmente a una mayor actividad fotosintética, tolerancia a la sequía, salinidad y temperaturas extremas y una mayor actividad de las enzimas antioxidantes. Por otra parte, el oligoquitosán, que tiene más de 3 pero menos de 10 residuos de sacáridos (N-acetilglucosamina o glucosamina), se obtiene por hidrólisis química o enzimática del quitosán.

El quitosano puede tener varias aplicaciones que podrían resumirse así:  

  • proteger y estimular la germinación de las semillas mediante su recubrimiento;
  • inducir el crecimiento y el desarrollo de las plantas;
  • actuar como elicitor de resistencia mediante la inducción de mecanismos de defensa de la planta;
  • mitigar los efectos negativos del estrés abiótico;
  • mejorar las propiedades del suelo y evitar la lixiviación de nutrientes;
  • quelar metales pesados;
  • aumentar el rendimiento y la calidad de los cultivos;
  • mejorar la vida útil de los productos alimentarios mediante tratamientos postcosecha.

Modos de aplicación:

  • pulverización foliar,
  • incorporación directa al suelo o
  • recubrimiento de semillas y productos vegetales.
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Fig. 1. Quitina y quitosano

Sin embargo, teniendo en cuenta que el quitosano es un biopolímero que comprende compuestos de diferente grado de desacetilación y polimerización, existe una gran variabilidad en la composición de los productos disponibles en el mercado, lo que también puede dar lugar a efectos variables en los cultivos.

A continuación se exponen algunos ejemplos de aplicación del quitosano en cultivos hortícolas.

Los informes bibliográficos sugieren resultados inconsistentes para la aplicación foliar de zinc combinado con ácido húmico y quitosano en plantas de judía común. Además, la aplicación de quitosano resultó beneficiosa para el crecimiento de las plantas de lechuga y tomate y aumentó el contenido de metabolitos defensivos fitoquímicos en las hojas de espinaca. Sin embargo, hay pruebas de que el quitosano a granel se asocia con la inhibición del crecimiento de las raíces cuando se aplica en concentraciones no óptimas, por lo que se han sugerido formas alternativas, incluidas micro y nanopartículas de quitosano, que son más seguras para el uso agrícola.

Además, el quitosano se ha utilizado para paliar los efectos negativos del estrés hídrico y aumentar la vida útil de cultivos hortícolas como la albahaca, la lechuga, la espinaca, el tomate y el pimiento, entre otros. En el caso de la albahaca, también puede mejorar el fenol total y la actividad antioxidante en plantas sometidas a estrés por sequía, mientras que la aplicación foliar de lactato de quitosano puede promover la acumulación de sustancias bioactivas o aumentar la actividad de enzimas antioxidantes y aumentar la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas. En otro estudio se informó de que la aplicación de quitosano puede promover el crecimiento vegetal de las semillas de alcachofa e inducir una disminución significativa de la contaminación por hongos. El quitosano puede participar en la síntesis de enzimas de defensa o estimular las fitohormonas en las plantas de pepino. En judía común, aumentó el rendimiento en siembra normal o diferida, mientras que el uso de nanotransportadores compuestos por alginato/quitosano fue eficaz para promover el área foliar y los niveles de clorofilas y carotenoides. Las nanopartículas de quitosano también fueron eficaces contra los patógenos transmitidos por los alimentos y mejoraron la vida útil del pimiento fresco cortado. Los nanocompuestos pueden mejorar tanto la actividad nematocida como la respuesta inmunitaria sistemática de la planta en el caso de la berenjena, mientras que la carga de nanopartículas con ácido indol-3-acético aumenta el crecimiento de las plantas de lechuga cultivadas hidropónicamente. El nanoquitosán puede mejorar la eficacia de los fertilizantes tradicionales y promover el rendimiento neto por alimento en cebolla, mientras que las nanopartículas de hidrogel de quitosán/ácido poliacrílico estimularon el rendimiento, el crecimiento de las plantas y el contenido de nutrientes de los bulbos de cebolla. La combinación de extractos de Ascophyllum nodosum y quitosano suprimió en gran medida el oídio del guisante mediante la modulación del ácido jasmónico y el ácido salicílico a través de la regulación al alza de las vías de señalización. La aplicación de quitosano puede aumentar significativamente el peso fresco y seco de las raíces en las plantas de patata, mientras que la pulverización foliar de quitosano con ácido húmico puede conducir a los valores más altos de rendimiento de tubérculos y componentes de rendimiento. El quitosano (75 mg/L), y el oligo-quitosano (50 mg/L) pueden incrementar el crecimiento de la planta e inducir mecanismos de defensa para la tolerancia al estrés por sequía en patata, así como estimular la resistencia frente a patógenos. Del mismo modo, el tratamiento con quitosano en plantas de tomate tuvo efectos positivos en el control de patógenos, mientras que la aplicación combinada con ácido salicílico aumentó el rendimiento de los frutos. El quitosano combinado con cobre quelado tuvo una mayor eficacia en la activación de enzimas asociadas a la patogenicidad que el quitosano o el cobre actuando solos en el cultivo del tomate, mientras que la aplicación de quitosano + compost + hongos micorrícicos arbusculares mejoró el crecimiento del tomate.

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En conclusión, los resultados de la investigación demostraron que el quitosano actúa como bioestimulante vegetal en cultivos hortícolas. Sin embargo, teniendo en cuenta la gran variación en la composición de los productos comerciales, se observaron resultados contrastados en cuanto a sus efectos en los cultivos hortícolas. Por lo tanto, se necesitan más esfuerzos para estandarizar el proceso de producción industrial y proporcionar información detallada sobre la composición de los productos a base de quitosano. Esto creará una base común para la evaluación de los efectos del quitosano en el sector agrícola, al tiempo que ayudará a desvelar los mecanismos de acción y los procesos fisiológicos implicados. Además, se están realizando importantes esfuerzos para obtener quitosano de otras fuentes, como el quitosano derivado de hongos, que proporciona herramientas alternativas y ecológicas para mejorar el rendimiento y la calidad de los cultivos vegetales en condiciones de estrés. 

Agradecimientos: Este artículo ha sido cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional de la Unión Europea y fondos nacionales griegos a través del Programa Operativo Competitividad, Emprendimiento e Innovación, bajo la convocatoria INVESTIGAR - CREAR - INNOVAR (código de proyecto:T2EDK-05281).

REFERENCIAS (haga clic)
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(1) Petropoulos, S.A. 2020. Aplicaciones prácticas de los bioestimulantes vegetales en la producción de cultivos hortícolas en invernadero. Agronomía 10(10): 1569. https://doi.org/10.3390/agronomy10101569

(2)Pichyangkuraa R., Chadchawan S. 2015. Actividad bioestimulante del quitosano en horticultura. Scientia Horticulturae 196: 49-65. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.031