“Los desequilibrios naturales producidos por el cambio climático, el aumento poblacional global y la necesidad de producir más alimentos, nos llevan al uso de más ciencia y tecnología para el combate de esta problemática. Sin olvidar que su uso implica ser equitativo, sostenible y sustancial”.

Por: Barbara Hawrylak-Nowak, Mirza Hasanuzzaman,

Małgorzata Wójcik, Departamento de Botánica y Fisiología Vegetal,

Universidad de Ciencias de la Vida en Lublin, Akademicka 15, 20-950 Lublin, Polonia,

Departamento de Agronomía, Facultad de Agricultura, Universidad Agrícola Sher-e-Bangla, Sher-e- Bangla Nagar, Dhaka 1207, Bangladesh,

Departamento de Fisiología Vegetal, Facultad de Biología y Biotecnología, Maria Curie-Skłodowska Universidad en Lublin, Akademicka 19, 20-033 Lublin, Polonia.

En la era del cambio climático y el rápido aumento de la demanda de alimentos, la población estimada en más de 11 mil millones a finales del siglo XXI, no es un problema real con la provisión de la llamada seguridad alimentaria. El clima extremo, los fenómenos y el aumento de la antropopresión, ejercen un impacto negativo en la producción de alimentos. Manifestado en pérdidas progresivas de tierras agrícolas y una disminución en el rendimiento de los cultivos y calidad. Como resultado, aproximadamente 3 mil millones de personas en el mundo, se ven afectadas por desnutrición causada por un suministro insuficiente de alimentos (hambre aguda) o un déficit de vitaminas y elementos en su dieta (hambre oculta). Desafortunadamente, hasta ahora no se ha encontrado una solución para la eliminación eficaz de estos problemas.

Existen muchos enfoques para gestionar los efectos adversos del cambio climático y la creciente contaminación/degradación ambiental, para garantizar una seguridad alimentaria sostenible. Uno de ellos es la denominada “agricultura climáticamente inteligente”, que implica el ajuste de prácticas agrícolas, de manera que la producción agrícola sea más resistente a las consecuencias del cambio climático y al mismo tiempo, reducir el impacto negativo de la agricultura sobre el medio ambiente, incluido el clima. Las plantas son la base de la dieta humana y la alimentación del ganado. Como organismos sésiles, las plantas están expuestas a una variedad de factores de estrés abióticos y bióticos, lo que resulta, entre otros, en potencial de rendimiento reducido, lo que provoca grandes pérdidas económicas y escasez de alimentos.

Por lo tanto, aumentar la tolerancia de las plantas de cultivo a condiciones estresantes es un requisito previo: satisfacer la demanda alimentaria de la población humana. Los mecanismos de tolerancia a los factores de estrés en las plantas son muy complejos y multifacéticos, lo que impide el desarrollo de métodos eficaces para mitigar los efectos negativos del estrés en la producción vegetal. Entonces, aumentar la resistencia de los cultivos a condiciones ambientales adversas, es uno de los desafíos más importantes para mantener o mejorar la productividad de los cultivos actuales, utilizando áreas agrícolas y para asentar la vegetación de cultivos en muchas regiones donde el cultivo ha sido muy difícil o incluso imposible hasta ahora.

Esta tarea se puede realizar, por ejemplo, aplicando bioestimulantes y/o diversos esquemas de nutrición vegetal mineral, incluyendo nutrición con oligoelementos que son especialmente insuficientes en la dieta humana. Un bioestimulante se define como cualquier sustancia o microorganismo exógeno, que no sea un fertilizante, que, aplicado a las plantas o a la rizosfera, estimula los procesos naturales para mejorar la eficiencia nutricional de la planta, la tolerancia al estrés abiótico/biótico y/o el rendimiento de los cultivos y calidad. Hay varias categorías de bioestimulantes, incluidas las sustancias naturales (por ejemplo, extractos de algas, ácidos húmicos y fúlvicos, hidrolizados de proteínas, quitosano y otros biopolímeros, vitaminas), compuestos sintéticos (por ejemplo, reguladores de crecimiento sintéticos, quelantes ligandos como el ácido etilendiaminotetraacético-EDTA), compuestos inorgánicos (por ejemplo, elementos no esenciales pero beneficiosos como Si (Silicio), Se (Selenio), Al (Aluminio), Co(Cobalto), Na (Sodio)), hongos beneficiosos y bacterias promotoras del crecimiento de las plantas. El efecto de la aplicación de algunos de estos compuestos sobre el rendimiento de la planta en condiciones estresantes y sobre la calidad de los alimentos, se discute dentro de este texto.

Muchos productos se encuentran disponibles en el mercado con mezclas de dichas sustancias y/o microorganismos. Por otro lado, algunos bioestimulantes pueden servir simultáneamente como factores de bioenriquecimiento, mejorando la biodisponibilidad y absorción de minerales por las plantas.

La biofortificación a su vez, se define como un proceso de enriquecimiento de calidad nutricional de los cultivos básicos mediante prácticas agronómicas, como la aplicación foliar y al suelo de fertilizantes, utilizando las mejores prácticas de mejoramiento tradicionales y moleculares, biotecnología moderna, incluida la modificación genética.

La generación de cultivos alimentarios biofortificados tiene como objetivo principal, la mejora del contenido de microelementos (Fe (Hierro), Zn (Zinc), Se (Selenio), I (Yodo), Ca (Calcio), F (Flúor)) y vitaminas (vitamina A, C, E, B), que a menudo son deficientes en la dieta humana, particularmente en países en desarrollo, provocando graves problemas de salud. En este proceso de investigación se requiere que la agricultura establezca vínculos directos con los sectores de la salud humana y la nutrición.

El gran desafío, es lograr que los productores y consumidores acepten plantas de cultivo biofortificadas y aumentar la ingesta de los nutrientes objetivo. En este caso nos centraremos en la posibilidad de combatir el problema de las deficiencias de varios micronutrientes en la dieta humana, para mejorar la producción sostenible de cultivos mediante biofortificación y bioestimulación de plantas de cultivo, como enfoques complementarios beneficiosos para la salud y rentables.

Esto encaja muy bien en los desafíos planteados por la “agricultura climáticamente inteligente”. Los resultados informados aquí se proporcionan por autores de Australia, Bangladesh, Bulgaria, República Checa, India, Japón, Polonia, Ucrania y los EE. UU., que representan una amplia gama de conocimientos, incluidos biólogos, fisiólogos de plantas, agrónomos y horticultores.

Los estudios de Hasanuzzaman et al. de Bangladesh y Al Mahmud et al. de Japón, han demostrado que el ácido salicílico (SA) y el EDTA aplicados de forma exógena, pueden aumentar la resistencia a Pb (Plomo) y Cd (Cadmio) en plantas de la familia Brassicaceae mediante la mejora de su defensa antioxidante y capacidad quelante de metales. Además, Moumita et al., ha demostrado que el ácido giberélico (GA) aplicado de forma exógena, estimuló el sistema antioxidante de la planta mitigando así el impacto negativo del estrés por sequía en el trigo de primavera.

Las temperaturas subóptimas en una etapa temprana del desarrollo de la planta, pueden reducir el crecimiento y desarrollo de las plantas. La aplicación de bioestimulantes en semillas, antes de la siembra o sobre plántulas de plantas jóvenes, puede ayudar a combatir este problema. Klimek-Kopyra et al. de Polonia, probó tres bioestimulantes diferentes disponibles comercialmente en términos de su efecto, sobre la germinación y el crecimiento de las plántulas de siete cultivos diferentes de guisante de invierno (Pisum sativum L.) en condiciones de baja temperatura (4°C). La eficiencia de los bioestimulantes probados fueron bastante bajos, sin embargo, algunos cultivos parecían ser más resistentes que otros.

Por otro lado, la investigación búlgara presentada por Cholakova-Bimbalova et. al., ha demostrado que el uso de proteínas hidrolizadas aumentó el rendimiento de las plantas jóvenes de maíz, expuestas al estrés por frío contribuyendo positivamente al intercambio de gases de la hoja, la concentración de pigmento fotosintético y algunos parámetros de fluorescencia de clorofila. Aunque este bioestimulante no afectó el crecimiento de la planta, los autores sugirieron que, en condiciones térmicas óptimas posteriores, las plantas tratadas con hidrolizado se recuperarían más rápidamente del estrés por frío que las plantas no tratadas.

En el artículo de Malinowski y Belesky de EE. UU., destaca la importancia de microorganismos para el rendimiento de las plantas en condiciones de estrés. Se ha prestado especial atención a la asociación de muchas especies de gramíneas de estación fría con endófitos fúngicos del género Epichloë (Clavicipitaceae). En el que se demuestra que la presencia de estos endófitos aumentó de manera crucial la resistencia del pasto a una plétora abiótica (sequía, desequilibrio mineral) y biótica (patógenos, nematodos, herbívora, competencia de plantas), a los factores de estrés. Esto último puede explicarse por la producción de una variedad de compuestos secundarios, por ejemplo, alcaloides del cornezuelo del centeno y de los alcaloides lolitrem, que son altamente tóxicos para los animales, incluidos los seres humanos. Recientemente, las cepas endófitas epicicloides no se han seleccionado e introducido, solo una producción limitada de estos alcaloides en varios cultivares de gramíneas, con el fin de mejorar la resistencia del huésped al estrés sin obstaculizar el pastoreo del ganado. Los mecanismos detrás del aumento de resistencia al estrés de tales asociaciones, así como las consecuencias de la infección endófita para el ecosistema, son discutidos.

Otra contribución interesante vino de Polonia. En su artículo presentado “cambio de cultivos a plantas ornamentales”, Monder informa sobre la aplicación de bioestimulantes para mejora de la propagación de dos viejos cultivares de rosas “Harison's Yellow” y “Poppius”, que generalmente se consideran difíciles de propagar. Dos preparaciones ecológicas, es decir, Root Juice y Tytanit a base de plantas, parecían ser bastante eficientes en el enraizamiento de esquejes de rizoma/raíz. En otro artículo, Švécarová et al. de la República Checa, demostró el potencial de la orizalina para mejorar los componentes químicos del sabor en el cultivo comercial de lúpulo (Humulus lupulus L.).

Dos artículos de revisión proporcionados por autores de Bangladesh abordan un problema de desnutrición y el desafío de reducirla mediante el uso de alimentos básicos biofortificados. En Bangladesh y los países vecinos del sur de Asia, como India o Pakistán, millones y millones de personas sufren desnutrición por micronutrientes. Esto ha sido reconocido como la principal causa de la ralentización del progreso del desarrollo humano y la tasa alta extrema de mortalidad infantil. Por esta razón, se dedica un gran esfuerzo a mejorar la cantidad y calidad nutricional. El artículo de Das et al., enfatiza varios enfoques de mejoramiento y agronómicos para el bioenriquecimiento de granos de trigo (Triticum aestivum L.) con Zn. Como resultado de un programa de cría convencional, una nueva y prometedora variedad de trigo biofortificado con Zn “BARI Gom 33”, fue desarrollada por Bangladesh Wheat y el Instituto de Investigaciones del Maíz, con el apoyo técnico de International Maize y Centro de Mejoramiento de Trigo en México. Esta variedad de trigo es especialmente interesante ya que combina algunos rasgos deseables, no solo proporciona granos biofortificados con Zn y rendimientos entre un 5 y un 8% más altos que las variedades de trigo de control en Bangladesh, también exhibe resistencia a la enfermedad mortal de la explosión del trigo causada por el hongo Magnaporthe oryzae patotipo triticum (MoT).

En el artículo de Hossain et al., el estado de desnutrición en Bangladesh se analiza junto con los posibles beneficios económicos y de salud de la rápida difusión de la variedad de trigo “BARI Gom 33” en este país. Otros dos artículos muestran la posibilidad de mejorar el contenido de I y Se en plantas de cultivo, mediante la aplicación de diferentes formas de estos elementos en hojas o en medios de crecimiento. El artículo de Krzepiłko et al., describe el efecto de varias formas de fertilizantes con I y diferentes formas de aplicación de los mismos (fertirrigación, tratamiento foliar y de suelos, hidroponía) sobre la acumulación en las plantas. Se ha concluido que tal enfoque puede aumentar la concentración de este elemento a niveles correspondientes a la nutrición humana, sin embargo, el modo de cultivo y fertilización, así como la química la forma de I debería adaptarse a una especie específica para garantizar una biofortificación satisfactoria.

Por otro lado, Woch y Hawrylak-Nowak compararon la acumulación de Se y algunos parámetros antioxidantes en brotes de alfalfa (Medicago sativa L.), rábano (Raphanus sativus L. var. sativus) y mostaza blanca (Sinapis alba L.) tratada con diferentes concentraciones de selenito (Se4+) o selenato (Se6+). El Selenio se suministró como selenito se acumuló más eficientemente que el selenato y la aplicación de ambas formas resultó en un aumento acumulativo de antocianinas, pero no tuvo una influencia significativa sobre la concentración del ácido l-ascórbico y actividad captadora de radicales libres.

Finalmente, los resultados proporcionados por Mehebub et al. de Bangladesh/EE. UU., reveló que la aplicación de bioestimulantes no siempre está relacionada con la mejora de crecimiento de las plantas, pero puede tener un efecto positivo en la calidad de los alimentos. Así, el bioestimulante juega un papel en la biofortificación. Los autores rociaron un compuesto natural: quitosano, generalmente es utilizado para prevenir enfermedades patógenas poscosecha, en frutos tempranos y follaje de litchi. Aunque tal tratamiento no resultó en un aumento en el tamaño de la fruta, el valor nutricional de la fruta de litchi mejoró significativamente debido a la concentración aumentada de fenólicos, flavonoides y ácido ascórbico, que contribuyen a mejorar la actividad antioxidante.

En conclusión, está bien establecido que la bioestimulación y la biofortificación son estrategias prometedoras, rentables y respetuosas con el medio ambiente para mejorar el estado nutricional de las poblaciones desnutridas en todo el mundo.

Creemos que los trabajos publicados contribuyen sustancialmente a nuestra mejor comprensión de los efectos de los bioestimulantes, en el crecimiento de las plantas y resistencia a los factores de estrés, así como al efecto de la biofortificación con algunos elementos esenciales en la dieta humana para el rendimiento y la calidad de las plantas.

El editor invitado es la profesora Mirza Hasanuzzaman, Departamento de Agronomía, Facultad de Agricultura, Universidad Agrícola Sher-e-Bangla, Bangladesh.

Referencias

• - FAO, FIDA, PMA. El estado de la inseguridad alimentaria en el mundo [Internet]. Roma: FAO; 2015 [consultado el 28 de junio de 2019]. Disponible en: http://www.fao.org/3/a-i4646e.pdf 2.

• -Campbell BM, Thornton P, Zougmoré R, van Asten P, Lipper L. Sustainable intensificación: ¿cuál es su papel en la agricultura climáticamente inteligente? Curr Opin Environ Sustain. 2014; 8: 39–43. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2014.07.002 3.

• -Mou B. Mejoramiento de cultivos hortícolas para la tolerancia al estrés abiótico: una introducción. HortScience, 2011; 46 (8): 1068–1069. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.46.8.1068 4.

• -White PJ, Broadley MR. Biofortificación de cultivos con siete elementos minerales a menudo falta en las dietas humanas: hierro, zinc, cobre, calcio, magnesio, selenio y yodo. New Phytol. 2009; 182: 49–84. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2008.02738.x 5.

• -Du Jardin, P. Bioestimulantes vegetales: definición, concepto, categorías principales y regulación. Sci Hortic (Ámsterdam). 2015; 196: 3-14. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.021 6.

• -Yakhin OI, Lubyanov AA, Yakhin IA, Brown PH. Bioestimulantes en la ciencia de las plantas: una perspectiva. Front Plant Sci. 2017; 7: 2049. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.02049 7.

• Soppelsa S, Kelderer MC, Casera C, Bassi M, Robatscher P, Andreotti C. Uso de bioestimulantes para la producción de manzanas orgánicas: efectos sobre el crecimiento de los árboles, rendimiento, y calidad de la fruta en la cosecha y durante el almacenamiento. Front Plant Sci. 2018; 9: 1342. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01342 8.

• Nestel P, Bouis HE, Meenakshi JV, Pfeiffer W. Biofortificación de cultivos alimentarios básicos. J Nutr. 2006; 136: 1064–1067. https://doi.org/10.1093/jn/136.4.1064 9.

• Dixit S, Shukla R, Sharma YK. Biofortificación de nutrientes vegetales: escenario actual. En: Hasanuzzaman M, Fujita M, Oku H, Nahar K, Hawrylak-Nowak B, editores. Planta nutrientes y tolerancia al estrés abiótico. Singapur: Springer Nature; 2018. p. 119-136. https://doi.org/10.1007/978-981-10-9044-8_4