La técnica abre la puerta a la creación de una amplia gama de aplicaciones en cultivos que permiten a los agricultores utilizar estas bacterias beneficiosas junto con agroquímicos.
“Muchas de las bacterias beneficiosas que conocemos son bastante frágiles, lo que dificulta su incorporación a productos prácticos y estables que se puedan aplicar a las raíces o las hojas de las plantas”, dice John Cheadle, coautor principal de un artículo sobre el trabajo y estudiante de doctorado en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
“La técnica que demostramos aquí esencialmente estabiliza estas bacterias, lo que hace posible desarrollar probióticos personalizados para las plantas”.
¿Qué son las PGPB y cuál es el gran desafío?
Lo que está en juego son las bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB), que son microbios que benefician la salud y el crecimiento de las plantas, ayudándolas a extraer nutrientes del medio ambiente y protegiéndolas de plagas o patógenos.
“Un desafío de larga data para el uso de estas bacterias ha sido que si se intentaba idear una única aplicación que las combinara con agroquímicos, como pesticidas o fertilizantes, las bacterias morirían”, dice Saad Khan, coautor correspondiente del artículo y profesor de ingeniería química y biomolecular en NC State.
“Queríamos desarrollar una solución que permitiera utilizar las bacterias junto con productos químicos que ya son ampliamente utilizados por los agricultores”.
“De la misma manera, un microbioma vegetal saludable permite que las plantas hagan un mejor uso de los nutrientes disponibles en el suelo y sean más resistentes a los patógenos”, dice Tahira Pirzada, coautora correspondiente e investigadora en NC State.
“Esto podría permitir a los agricultores utilizar menos fertilizantes y pesticidas sin perjudicar la producción agrícola”.
Una emulsión biodegradable que protege a las bacterias puede ser la solución
La nueva técnica se basa en una emulsión a medida, con solo unos pocos ingredientes. Una parte de la emulsión consiste en una solución salina que contiene PGPB. Para la demostración de concepto, los investigadores utilizaron las bacterias Pseudomonas simiae y Azospirillum brasilense . P. simiae actúa como biopesticida al promover la resistencia a patógenos; A. brasilense actúa como biofertilizante al fijar nitrógeno.
La segunda parte de la emulsión consiste en un aceite biodegradable y un polímero biodegradable derivado de la celulosa. El polímero puede cargarse con ingredientes activos agroquímicos, lo que significa que la emulsión puede incorporar estos ingredientes sin depender de disolventes orgánicos perjudiciales para el medio ambiente, que suelen utilizarse en formulaciones de pesticidas.
Al mezclar las dos partes de la emulsión, el aceite se fragmenta en gotitas que se distribuyen por la solución salina. El polímero de celulosa se adhiere a la superficie de estas gotitas, impidiendo que se vuelvan a unir.
En esencia, la emulsión es un aderezo para ensaladas con las gotas de aceite suspendidas en la solución salina. En la práctica, esto permitiría aplicar los PBPG simultáneamente con agroquímicos utilizando la misma emulsión.
Resultados prometedores: mayor supervivencia bacteriana y eficacia contra plagas
Para ver qué tan bien funcionaba la emulsión, los investigadores realizaron dos pruebas.
En primer lugar, los investigadores compararon la supervivencia de los PBPG en la emulsión con la de los PBPG en la solución salina sola. Se almacenaron muestras de cada uno a temperatura ambiente. Tras cuatro semanas, la población de P. simiae en la emulsión era un 200 % mayor que la de la solución salina; la población de A. brasilense en la emulsión era un 500 % mayor.
En segundo lugar, los investigadores querían comprobar la eficacia de los pesticidas al incorporarlos a la emulsión. Para ello, incorporaron el pesticida fluopiram a la emulsión. También añadieron fluopiram a la solución salina. Posteriormente, introdujeron nematodos C. elegans —que actúan como indicadores de plagas— en la emulsión y la solución salina.
“No es sorprendente que el pesticida en solución salina matara la plaga muy rápidamente: todas las plagas murieron en una hora”, dice Mariam Sohail, coautora principal del artículo y reciente graduada de doctorado de NC State.
La emulsión actuó de forma más gradual, eliminando el 95 % de las plagas en 72 horas. Es valioso saber esto, ya que sugiere que nuestra técnica podría utilizarse estratégicamente para brindar protección sostenida contra plagas o patógenos específicos.
“Finalmente, descubrimos que nuestra técnica nos permite incorporar múltiples ingredientes activos en un único sistema de administración y permite que los PGPB sobrevivan y prosperen”, afirma Sohail.
“También demostramos que la emulsión mejoró la supervivencia y el éxito reproductivo de estas bacterias cuando se aplicó al suelo, en comparación con la aplicación de las bacterias al suelo sin la emulsión”, dice Cheadle.
Próximos pasos y futuro de la tecnología
“Los próximos pasos incluirán pruebas en invernaderos y, posteriormente, microparcelas”, afirma Khan. “Probablemente querremos evaluar diferentes PGPB y otros ingredientes activos para ver su rendimiento en diferentes especies de plantas objetivo”.
El artículo aparece en la revista Advanced Functional Materials .
La financiación para el trabajo provino, en parte, de la Global One Health Academy de la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
Fuente: Universidad Estatal de Carolina del Norte
Estudio original DOI: 10.1002/adfm.202418272
