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, Ta
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.
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