Los investigadores han demostrado un método para encapsular con éxito bacterias, que luego pueden almacenarse y aplicarse a las plantas para mejorar su crecimiento y protegerlas contra plagas y patógenos. El método abre la puerta a una amplia gama de aplicaciones agrícolas que permiten a los agricultores utilizar estas bacterias beneficiosas en combinación con agroquímicos.
El artículo “Emulsión de Pickering para mejorar la viabilidad de bacterias promotoras del crecimiento de plantas y administración combinada de agroquímicos y productos biológicos” se publica en la revista Advanced Functional Materials.
«Muchas de las bacterias beneficiosas que conocemos son bastante frágiles, lo que dificulta su incorporación en productos prácticos y duraderos que puedan aplicarse a las raíces o las hojas de las plantas», afirma John Cheadle, coautor del artículo y estudiante de posgrado en NC State. “La tecnología que demostramos aquí esencialmente estabiliza estas bacterias, lo que nos permite desarrollar probióticos personalizados para las plantas”.
Estamos hablando de las bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB), que son microbios que promueven la salud y el crecimiento de las plantas al ayudarlas a extraer nutrientes de su entorno y protegerlas de plagas y patógenos.
“El problema de larga data con el uso de estas bacterias ha sido que si se intenta idear una única aplicación que las combine con agroquímicos como pesticidas o fertilizantes, las bacterias morirán”, dice Saad Khan, coautor del artículo y profesor de Ingeniería Química y Biomolecular de INVISTA en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Queríamos desarrollar una solución que permitiera utilizar bacterias en combinación con productos químicos que ya son ampliamente utilizados por los agricultores”.
«De manera similar, un microbioma vegetal saludable permite que las plantas utilicen mejor los nutrientes disponibles en el suelo y sean más resistentes a los patógenos», dijo Tahira Pirzada, coautora e investigadora postdoctoral de la Universidad de California en San Diego. «Esto podría permitir a los productores utilizar menos fertilizantes y pesticidas sin perjudicar la producción agrícola».
La nueva tecnología gira en torno a una emulsión personalizada que contiene sólo unos pocos ingredientes. Una parte de la emulsión consiste en una solución salina que contiene PGPB. Para demostrar el concepto, los investigadores utilizaron las bacterias Pseudomonas simiae y Azospirillum brasilense . P. simiae actúa como biopesticida, promoviendo la resistencia a los patógenos; A. brasilense actúa como biofertilizante fijando nitrógeno.
La segunda parte de la emulsión está compuesta por aceite biodegradable y polímero biodegradable obtenido a partir de celulosa. El polímero se puede cargar con ingredientes activos agroquímicos, lo que significa que la emulsión puede incluir estos ingredientes sin el uso de solventes orgánicos dañinos para el medio ambiente que se usan comúnmente en fórmulas de pesticidas.
Cuando las dos partes de la emulsión se mezclan, el aceite se rompe en gotitas que se distribuyen por toda la solución salina. El polímero de celulosa se adhiere a la superficie de estas gotitas, impidiendo que se vuelvan a combinar.
En esencia, una emulsión es un aderezo para ensaladas en el que se suspenden gotas de aceite en una solución de sal. En la práctica, esto permitiría aplicar PGPB simultáneamente con agroquímicos, utilizando la misma emulsión.
Para comprobar el funcionamiento de la emulsión, los investigadores realizaron dos pruebas.
Los investigadores primero compararon la supervivencia de PGPB en la emulsión con la supervivencia de PGPB en solución salina pura. Se almacenaron muestras de cada uno a temperatura ambiente. Después de cuatro semanas, la población de P. simiae en la emulsión era 200% mayor que la población en la solución salina; La población de A. brasilense en la emulsión fue 500% mayor.
En segundo lugar, los investigadores querían ver qué tan bien funcionarían los pesticidas si se incluían en la emulsión. Para ello, los investigadores incluyeron el pesticida fluopiram en la emulsión. También agregaron fluopiram a la solución salina por separado. Luego, los investigadores introdujeron nematodos C. elegans , que sirven como sustitutos de la plaga, en la emulsión y la solución salina.
«No es sorprendente que el pesticida en la solución salina matara la plaga muy rápidamente: todas las plagas murieron en una hora», dice Mariam Sohail, coautora del artículo y reciente graduada de doctorado de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. – La emulsión actuó de forma más gradual, matando el 95% de las plagas en 72 horas. Es valioso saber esto porque sugiere que nuestra tecnología podría usarse estratégicamente para brindar protección sustentable contra plagas o patógenos específicos. Finalmente, descubrimos que nuestra tecnología nos permite combinar múltiples ingredientes activos en un único sistema de administración y permite que PGPB sobreviva y prospere”.
«También demostramos que la emulsión mejoró la supervivencia y la capacidad reproductiva de estas bacterias cuando se aplicó al suelo en comparación con la aplicación de las bacterias al suelo sin la emulsión», dice Cheadle.
«Los próximos pasos incluirán pruebas en invernaderos y luego pruebas en microparcelas», dijo Khan. Probablemente querremos evaluar diferentes PGPB y otros ingredientes activos para ver cómo funcionan con diferentes especies de plantas objetivo.
El tercer coautor del artículo es Nathan Crook, profesor asociado en el departamento de ingeniería química y biomolecular de NC State. El artículo fue coescrito por Rishum Khan, ex estudiante de posgrado de NC State; Hrishikesh Mane y Katie Ernst, estudiantes de posgrado en NC State; Khandoker Samakher Salem, investigador postdoctoral en NC State; Adriana San Miguel, profesora asociada de ingeniería química y biomolecular en NC State; y Charles Opperman, profesor de entomología y patología vegetal en NC State.
Fuente: Universidad Estatal de Carolina del Norte. Autor: Matt Shipman.
