Bioherbicidas orgánicos para una agricultura sostenible: un enfoque científico

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Juan Fabricio Lazcano Escobar¹; Nutan Prasad Rout¹

¹Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco A.C, Unidad de Biotecnología Vegetal. Camino Arenero 1227, El Bajío, C.P. 45019, Zapopan, Jalisco, México.

1. Introducción

Las malezas son plantas carentes de valor económico que crecen en lugares donde interfieren con los objetivos de producción agrícola. Al establecerse junto con los cultivos, compiten por agua, luz, nutrimentos y espacio; además, pueden dificultar la cosecha, reducir la calidad del producto y elevar los costos de manejo. Por ello, su control continúa siendo una actividad indispensable para sostener la productividad agrícola.

La magnitud de este problema puede observarse en estudios realizados en los Valles Altos de México, donde se ha documentado que mantener el maíz bajo competencia con arvenses durante las etapas críticas de desarrollo puede asociarse con pérdidas de hasta 80 % en el rendimiento de grano. Mientras que en el estado de Jalisco, un ensayo de invernadero realizado en el municipio de Tlajomulco de Zúñiga reportó que la interferencia de arvenses emergentes redujo 99.97 % el rendimiento de frutos de chile chiltepín. Aunque ambas cifras corresponden a cultivos, especies y condiciones experimentales particulares, ilustran la relevancia de controlar las malezas de manera oportuna y con estrategias adecuadas.

Durante décadas, los herbicidas químicos han proporcionado herramientas eficaces para el manejo de malezas. Sin embargo, su uso continuo requiere un enfoque responsable, técnico y preventivo. La repetición de ingredientes activos con un mismo mecanismo de acción puede favorecer la selección de poblaciones de malezas resistentes, lo que reduce la eficacia del control y obliga a incorporar tratamientos adicionales, modificar programas de aplicación o combinar otras prácticas agronómicas. En México ya se han documentado especies de malezas con resistencia a distintos grupos de herbicidas.

Además, el uso de ciertos herbicidas y sus formulaciones ha generado preocupaciones relacionadas con la exposición ocupacional, ambiental y sus posibles implicaciones para la salud. En el caso del glifosato, por ejemplo, existe literatura que documenta su presencia en el ambiente y en poblaciones expuestas; al mismo tiempo, sus efectos sobre la salud continúan siendo objeto de evaluación científica y regulatoria.

La contaminación de suelos y cuerpos de agua también es un aspecto que debe considerarse. Un estudio reciente realizado en zonas agrícolas de México detectó glifosato y su principal producto de degradación, el ácido aminometilfosfónico (AMPA), en suelos, agua superficial y agua subterránea asociada con distintos cultivos.

El manejo de malezas también implica costos directos para el productor: compra de productos, mano de obra, maquinaria, equipo de protección y aplicaciones. Cuando aparece resistencia, el programa de control puede volverse más complejo y costoso, ya que puede requerir ingredientes activos alternativos, aplicaciones complementarias o la incorporación de prácticas adicionales. Por ello, una estrategia basada exclusivamente en una sola herramienta puede resultar menos conveniente a largo plazo.

La respuesta no consiste en sustituir automáticamente todos los herbicidas convencionales, sino en diversificar el manejo de malezas. La rotación de cultivos, las coberturas vegetales, el control mecánico, el monitoreo oportuno y el uso racional de herbicidas pueden integrarse en programas más sólidos. En este contexto surgen los bioherbicidas, productos obtenidos a partir de organismos, extractos o metabolitos de origen biológico que pueden aportar nuevos ingredientes activos y mecanismos de acción al manejo integrado de malezas.

En México ya existen esfuerzos científicos y tecnológicos orientados a esta área. Destaca el proyecto desarrollado por el Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, A.C. (CIATEJ), titulado “Evaluación de un herbicida a partir de cianobacterias (aleloquímicos) como alternativa de control y manejo de arvenses”. Este proyecto refleja el interés por estudiar los compuestos producidos por cianobacterias y evaluar su posible aplicación como herramientas para una agricultura más sustentable.

Para dimensionar la importancia de los herbicidas en la agricultura mexicana, resulta útil observar cómo se distribuye su uso entre las diferentes entidades federativas. Los datos del Censo Agropecuario 2022 permiten comparar el porcentaje de unidades de producción que reportaron utilizar herbicidas químicos u orgánicos durante el periodo de referencia (Figura 1).

Figura 1. Uso de herbicidas químicos (A) y herbicidas orgánicos (B) por entidad federativa en México. Fuente: INEGI, Censo Agropecuario 2022.

• ¿Qué es un herbicida?

Un herbicida es una sustancia o producto utilizado para controlar, inhibir o eliminar plantas consideradas malezas dentro de un sistema productivo. Los herbicidas constituyen una de las principales herramientas para el manejo de malezas en la agricultura moderna. Sin embargo, no todos actúan de la misma manera. Pueden clasificarse según diferentes características, como su selectividad, momento de aplicación, mecanismo de acción y, particularmente, la forma en que se desplazan dentro de la planta después de ser aplicados.

Herbicidas de contacto

Los herbicidas de contacto producen su efecto principalmente en los tejidos vegetales que reciben directamente la aplicación. Su acción puede provocar daños rápidos en las células expuestas, por lo que una cobertura adecuada de la superficie foliar es especialmente importante para obtener un control eficiente. En términos sencillos, su efecto se concentra principalmente en la zona de la planta que entra en contacto con el producto. Por esta razón, cuando parte de la planta queda sin tratar, esta puede sobrevivir y posteriormente continuar su crecimiento. Este tipo de acción puede ser particularmente útil contra determinadas malezas pequeñas o de crecimiento anual, dependiendo del ingrediente activo y de las condiciones de aplicación.

Herbicidas sistémicos

Los herbicidas sistémicos, en cambio, son absorbidos por la planta y pueden movilizarse desde el sitio de aplicación hacia otros tejidos. Esta capacidad de transporte permite que el herbicida alcance estructuras que no necesariamente estuvieron en contacto directo con la aplicación. Una vez dentro de la planta, estos herbicidas pueden interferir con procesos fisiológicos esenciales. Dependiendo de su mecanismo de acción, pueden afectar la síntesis de aminoácidos, la fotosíntesis, la producción de pigmentos, la división y el crecimiento celular o diferentes procesos relacionados con el metabolismo vegetal.

Esta característica puede ser especialmente importante para el control de malezas perennes, ya que algunos herbicidas sistémicos pueden alcanzar estructuras subterráneas como rizomas, estolones o raíces, favoreciendo un control más completo de la planta.

La diversidad de herbicidas refleja la complejidad del manejo de malezas. Algunos actúan sobre los tejidos que reciben directamente la aplicación, mientras que otros pueden desplazarse dentro de la planta y afectar procesos fisiológicos específicos. Esta diversidad ha permitido desarrollar numerosas estrategias para el control de malezas; sin embargo, también plantea interrogantes sobre el uso intensivo de herbicidas y la necesidad de desarrollar alternativas que permitan mantener la productividad agrícola reduciendo posibles impactos ambientales.

Los herbicidas disponibles en la agricultura pertenecen a numerosas familias químicas y presentan diferentes mecanismos de acción. Algunos ingredientes activos han alcanzado una amplia utilización a escala mundial y también tienen una presencia importante en México. Algunos de los principales ingredientes activos son el glifosato, la atrazina y el paraquat con valores de ventas mundiales superiores a los mil millones de dólares.

¿Qué es un bioherbicida?

Un bioherbicida es un producto destinado al manejo de malezas cuyo principio activo procede de un sistema biológico. Puede estar basado en microorganismos, compuestos producidos por organismos vivos, extractos de plantas u otras sustancias de origen biológico. Algunas de estas sustancias pueden modificar el crecimiento o desarrollo de otras plantas. Cuando una planta u organismo produce compuestos que afectan a otros organismos cercanos, hablamos de alelopatía, y las sustancias responsables se conocen como aleloquímicos.

La investigación sobre bioherbicidas busca aprovechar precisamente esta diversidad natural para desarrollar herramientas destinadas al manejo de malezas. Existen evidencias acerca de que los bioherbicidas pueden actuar mediante diferentes mecanismos fisiológicos, incluyendo alteraciones de la fotosíntesis, metabolismo celular, síntesis de carotenoides, división celular y procesos relacionados con las hormonas vegetales.

Los bioherbicidas pueden provenir de una gran diversidad de organismos, extractos o metabolitos de origen biológico. Algunos son capaces de producir enfermedades en las malezas, mientras que otros presentan actividad fitotóxica. El Cuadro 1 presenta algunos ejemplos representativos y muestra la diversidad de fuentes biológicas que se han investigado para este propósito.

Cuadro 1. Principales agentes naturales con potencial para el control de malezas

Agente bioherbicida	Fuente biológica	Mecanismo o efecto principal	Estado de desarrollo
Macrocidinas	Phoma macrostoma	Fitotóxico	Comercial
Colletotrichum gloeosporioides	Hongo	Infección	Experimental
Phytophthora palmivora	Oomiceto	Daño de tejidos	Experimental
Xanthomonas campestris	Bacteria	Fitopatógeno	Comercial
Thaxtomina A	Streptomyces spp	Inhibición del crecimiento	Experimental
Aceites esenciales	Plantas	Alteración de membranas	Experimental
Ácido pelargónico	Ácido graso de origen natural	Alteración de membranas	Comercial
Cyanobacterin	Scytonema hofmannii	Inhibición del fotosistema II	Experimental
Fischerellinas	Fischerella spp.	Inhibición del fotosistema II	Experimental
Nostocyclamide	Nostoc spp.	Inhibición de procesos fotosintéticos	Experimental

• Diferencias entre herbicidas químicos y bioherbicidas

Los herbicidas químicos sintéticos han sido una herramienta fundamental para el control de malezas debido a su eficacia, disponibilidad, facilidad de aplicación y, en muchos casos, a su amplio espectro de acción. Sin embargo, su utilización intensiva o inadecuada puede generar efectos que van más allá de las plantas objetivo. Dependiendo del ingrediente activo, la dosis, la formulación y las condiciones ambientales, los herbicidas pueden permanecer durante cierto tiempo en el suelo, movilizarse hacia cuerpos de agua o afectar organismos que no son el objetivo del tratamiento. Por ejemplo, se ha documentado la presencia de glifosato en diferentes ambientes acuáticos y su posible exposición de organismos no objetivo.

Uno de los principales problemas asociados con el uso repetido de herbicidas es la aparición y selección de malezas resistentes. Cuando una misma estrategia de control se utiliza de manera continua, las plantas que poseen características que les permiten sobrevivir al tratamiento pueden reproducirse y aumentar su frecuencia en la población. Esto puede reducir progresivamente la eficacia del herbicida y favorecer un incremento en las dosis, aplicaciones o combinaciones de productos. La resistencia a herbicidas se ha convertido en un problema mundial y constituye una de las razones para buscar estrategias de manejo más diversificadas.

Otro aspecto importante es el posible impacto sobre organismos no objetivo. Los herbicidas están diseñados para afectar procesos característicos de las plantas, pero algunos productos y, particularmente, sus formulaciones comerciales pueden producir efectos sobre organismos acuáticos, microorganismos del suelo y otras especies vegetales. El riesgo no depende únicamente del ingrediente activo: los coformulantes presentes en una formulación también pueden modificar su toxicidad y comportamiento ambiental. En el caso del glifosato, por ejemplo, se ha observado que determinadas formulaciones pueden presentar una toxicidad considerablemente diferente de la del ingrediente activo aislado.

De esta manera, los bioherbicidas surgen como una alternativa basada en organismos vivos o en compuestos derivados de organismos, como hongos, bacterias, plantas, algas y cianobacterias. Una de sus principales ventajas potenciales es que algunos presentan mayor especificidad hacia determinadas especies de malezas, lo que podría disminuir el impacto sobre plantas no objetivo. Además, ciertos agentes biológicos o sus metabolitos pueden presentar mecanismos de acción diferentes a los de los herbicidas sintéticos actualmente utilizados, lo que abre posibilidades para el manejo de poblaciones resistentes.

• ¿Qué significa realmente “orgánico”?

Aquí es importante hacer una distinción. En México, el término orgánico tiene un significado establecido por la legislación. La Ley de Productos Orgánicos define “orgánico” como el término de rotulación correspondiente a productos de actividades agropecuarias obtenidos de acuerdo con la propia Ley y las disposiciones que de ella derivan. La misma legislación reconoce como equivalentes, para efectos de comercio, las expresiones orgánico, ecológico y biológico, así como las denominaciones con prefijos “bio” y “eco”.

Por lo tanto, cuando se habla de agricultura orgánica no se hace referencia únicamente al origen natural de una sustancia. También intervienen los procesos de producción, los insumos utilizados, las prácticas agrícolas y el cumplimiento de los requisitos establecidos por la normativa. Esto es particularmente interesante en el caso de las algas. Por ello, en este artículo se distingue entre sustancias de origen natural, productos de origen biológico y productos autorizados para su utilización en sistemas de producción orgánica.

• Cianobacterias: una fuente de nuevas posibilidades para la agricultura orgánica

Entre la diversidad de organismos estudiados como fuentes de bioherbicidas, las cianobacterias constituyen una fuente particularmente interesante de moléculas con potencial herbicida. Estos microorganismos producen una amplia diversidad de metabolitos secundarios que participan en procesos ecológicos como la competencia, defensa y comunicación. Entre ellos se encuentran ácidos grasos, compuestos fenólicos, alcaloides, péptidos y otros productos naturales capaces de afectar el crecimiento y el metabolismo de organismos competidores.

Esta capacidad ha despertado interés en la búsqueda de bioherbicidas de origen cianobacteriano. A diferencia de un herbicida convencional diseñado para actuar sobre una determinada diana molecular, los metabolitos producidos por las cianobacterias pueden presentar diferentes mecanismos de acción. Algunos interfieren con la fotosíntesis, mientras que otros pueden inducir estrés oxidativo, alterar el crecimiento celular o afectar procesos metabólicos esenciales.

Un ejemplo particularmente interesante de este potencial es la 7-deoxi-sedoheptulosa (7dSh), un azúcar poco común producido y excretado por la cianobacteria Synechococcus elongatus. Este compuesto actúa como un antimetabolito de la vía del shikimato, una ruta metabólica esencial para la síntesis de aminoácidos aromáticos en plantas, hongos y numerosas bacterias. La 7dSh inhibe específicamente a la 3-deshidroquinato sintasa (DHQS), una de las enzimas de esta vía, provocando la acumulación de su sustrato y una disminución de metabolitos esenciales para el crecimiento. En Arabidopsis thaliana, la aplicación de 7dSh produjo una reducción significativa del crecimiento de las plántulas, y su actividad herbicida se observó a concentraciones del orden micromolar (Brilisauer et al., 2019). Estos resultados son particularmente relevantes porque muestran que una molécula producida naturalmente por una cianobacteria puede interferir con una ruta metabólica que también constituye el blanco de herbicidas sintéticos, aunque en un punto diferente al del glifosato.

• ¿Pueden las cianobacterias contribuir a la agricultura orgánica?

La respuesta, dentro del marco regulatorio mexicano, es particularmente interesante.

La Lista Nacional de Sustancias Permitidas para la Operación Orgánica Agropecuaria, publicada en el Diario Oficial de la Federación por la SENASICA, contempla entre los insumos permitidos a las algas y extractos de algas y sus derivados, incluyendo macroalgas, microalgas y cianobacterias, bajo las condiciones establecidas para su obtención y utilización. El documento contempla métodos de obtención como procedimientos físicos, acuosos, etanólicos, enzimáticos o microbianos, además de establecer condiciones específicas para otros métodos de extracción.

Esto representa un punto de encuentro entre la regulación de la agricultura orgánica y el desarrollo biotecnológico de productos derivados de organismos acuáticos. Es decir, las algas y cianobacterias no solamente pueden considerarse desde la perspectiva de la investigación científica: también forman parte de un marco regulatorio que reconoce su utilización como fuente de insumos para la producción orgánica, siempre bajo las condiciones correspondientes.

• México: un mercado con espacio para los bioinsumos

La información más reciente correspondiente a 2025, por parte de la SENASICA, indica que alrededor de 40 mil productores de pequeña y mediana escala cultivaron 210,504 hectáreas de productos orgánicos, principalmente en Chiapas, Sonora, Jalisco, Sinaloa, Baja California, Michoacán y Oaxaca. Jalisco ocupa un lugar relevante dentro de este panorama. El estado se encuentra entre las principales entidades productoras de orgánicos y destaca, junto con Michoacán y Colima, por cultivos como aguacate, berries, agave, chía y coco.

Además, México se encuentra entre los países con mayor presencia internacional en determinados segmentos de la producción orgánica: ocupa el segundo lugar mundial en producción de café orgánico y el tercer lugar en producción de frutas tropicales.

Estas cifras muestran que en México existe un sector agrícola importante que requiere insumos compatibles con esquemas de producción orgánica y que, al mismo tiempo, representa un espacio para la innovación biotecnológica.

• Conclusión

El manejo de malezas continuará siendo una actividad indispensable para la agricultura; sin embargo, la innovación permite ampliar las herramientas disponibles y explorar nuevas fuentes de ingredientes activos. En este contexto, los bioherbicidas representan una alternativa de interés, particularmente aquellos derivados de algas y cianobacterias, organismos que destacan por su diversidad metabólica y su capacidad para producir compuestos con actividad biológica. En México, además, existe un marco favorable para explorar estas fuentes, ya que la normativa de producción orgánica reconoce a las algas, microalgas y cianobacterias y sus derivados dentro de la Lista Nacional de Sustancias Permitidas, bajo condiciones específicas.

• Recomendaciones

El desarrollo de productos herbicidas de origen natural representa una oportunidad para diversificar las herramientas disponibles para el manejo de malezas, particularmente en sistemas de producción orgánica. Sin embargo, para que estas alternativas puedan incorporarse de manera efectiva, es necesario fortalecer la investigación orientada a la identificación de compuestos bioactivos, su formulación, estabilidad, eficacia en campo y seguridad para los organismos no objetivo. En este contexto, las cianobacterias representan una fuente prometedora de aleloquímicos con potencial bioherbicida, cuya exploración puede contribuir al desarrollo de nuevos insumos de origen biológico y al avance hacia sistemas agrícolas más sostenibles.

Agradecimientos

Agradecemos profundamente a la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (Secihti), por el apoyo financiero otorgado para esta investigación (Proyecto No. 316016: “Evaluación de un herbicida a partir de cianobacterias (aleloquímicos) como alternativa de control y manejo de arvenses”), así como a Juan Fabricio Lazcano-Escobar por la beca doctoral No. 821357.

1.  Referencias
2. Brilisauer, K., Rapp, J., Rath, P., Schöllhorn, A., Bleul, L., Weiß, E., Stahl, M., Grond, S., & Forchhammer, K. (2019). Cyanobacterial antimetabolite 7-deoxy-sedoheptulose blocks the shikimate pathway to inhibit the growth of prototrophic organisms. Nature Communications, 10, 545. doi:10.1038/s41467-019-08476-8
3. Hernández-Vázquez, B., Rivas-García, T., Vazquez-Robles, L. E., Campos-Mariscal, C. F., & Schwentesius-Rindermann, R. (2025). Efecto del manejo mecánico de arvenses en el rendimiento de maíz en valles altos de México. Revista Fitotecnia Mexicana, 48(2), 133–140. doi:10.35196/rfm.2025.2.133
4. Raza, T., Qadir, M. F., Imran, S., Khatoon, Z., Khan, M. Y., Mechri, M., Asghar, W., Rehmani, M. I. A., de Los Santos Villalobos, S., Mumtaz, T., & Iqbal, R. (2025). Bioherbicides: Revolutionizing weed management for sustainable agriculture in the era of One Health. Current Research in Microbial Sciences, 8, 100394. doi:10.1016/j.crmicr.2025.100394
5. Rendón-von Osten, J., Borges-Ramírez, M. M., Ruiz-Velazco, N. G., Helguera, E., Arellano-Aguilar, O., Peregrina-Lucano, A. A., & Lozano-Kasten, F. (2025). Glyphosate and AMPA in groundwater, surface water, and soils related to different types of crops in Mexico. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 114(3), 44.
6. Vera-Mendoza, Carla Alejandra, López-Muraira, Irma Guadalupe, Flores-Martínez, Héctor, Ávila-Miranda, Martín Eduardo, Hernández-Flores, Miguel, & Iruegas-Buentello, Héctor Rubén. (2026). Efecto de las arvenses en el rendimiento de chile chiltepín. Revista mexicana de ciencias agrícolas, 17(1), e4005.