¿Cómo pueden los biopolímeros de carbohidratos proteger a las plantas de los hongos?


En un artículo publicado recientemente en la revista de acceso abierto Polymers , los investigadores revisaron las ventajas y desventajas de proteger las plantas contra los hongos patógenos utilizando biopolímeros de carbohidratos. 


Por Chinmay Saraf


Evaluaron tres polisacáridos, a saber, alginato, celulosa y quitosano, y evaluaron sus aplicaciones en la protección de cultivos.

Antecedentes

La agricultura moderna tiene el desafío de producir cultivos para la creciente población y la reducción de cultivos por patógenos y plagas. Los oomicetos y los hongos se consideran los patógenos de cultivos más dañinos y son una amenaza cada vez mayor para la seguridad alimentaria mundial debido a su capacidad para cubrir regiones más nuevas a través del cambio climático o el transporte.

La industria de protección de plantas experimentó un rápido desarrollo desde el inicio de los primeros fungicidas orgánicos sintéticos en la década de 1940. Sin embargo, el uso extensivo de fungicidas y pesticidas también conllevó la contaminación de los ecosistemas acuáticos y terrestres, así como efectos adversos en la salud humana.

Los polímeros de carbohidratos pueden funcionar como alternativas a los fungicidas tradicionales si se utilizan en el desarrollo de productos fitosanitarios. Estos biopolímeros están fácilmente disponibles a partir de fuentes naturales y tienen aplicaciones adecuadas en la agricultura orgánica debido a su no toxicidad y biodegradabilidad.

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Etapas y formas de aplicación de fitosanitarios antifúngicos que pueden basarse en biopolímeros de carbohidratos. Crédito de la imagen: Korbecka-Glinka, G et al., Polímeros

Biopolímeros de carbohidratos comunes

Esta revisión se centró en tres biopolímeros comunes: alginato, quitosano y celulosa. El quitosano, un polímero policatiónico derivado de la quitina, es capaz de desencadenar mecanismos defensivos contra patógenos en las plantas. Al ser más potente contra los hongos que las bacterias, el quitosano se usa ampliamente en los tratamientos de cultivos antes y después de la cosecha para inhibir las infecciones microbianas.

El tratamiento de las semillas con un recubrimiento o remojo de las semillas con quitosano mostró un impedimento en la esporulación y el crecimiento del micelio y la estimulación del crecimiento de las plántulas. Las nanopartículas (NP) a base de quitosano también exhibieron un daño efectivo al patógeno. Los estudios de Madanipour et al. infirieron que los recubrimientos comestibles de quitosano también podrían ser una alternativa eficaz para reducir las pérdidas poscosecha en frutas como las manzanas.

Los alginatos tienen propiedades espesantes y gelificantes excepcionales, al mismo tiempo que poseen baja toxicidad, biodegradabilidad favorable y biocompatibilidad. Los recubrimientos de alginato son barreras de oxígeno efectivas, estimulan el desarrollo de los sistemas de raíces y partes aéreas de las plantas y, por lo tanto, aumentan su resistencia a los patógenos. Las propiedades antifúngicas de los recubrimientos de alginato también se pueden mejorar con la adición de nanomateriales.

Los derivados de celulosa se utilizan a menudo como aglutinantes y vehículos de agentes de biocontrol e ingredientes activos. Sin embargo, también son capaces de formar membranas biodegradables de material vegetal que actúan como barreras protectoras. Los éteres de celulosa como la carboximetilcelulosa (CMC) se usan comúnmente en recubrimientos de semillas con fungicidas. Los recubrimientos comestibles con hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) se utilizan para recubrir frutas y verduras, pero a menudo se combinan con conservantes.

Ventajas y desventajas de los biopolímeros de carbohidratos

Las ventajas más destacadas del alginato, la celulosa y el quitosano son la alta disponibilidad y la facilidad de abastecimiento. Estos biopolímeros también son altamente biodegradables debido a sus orígenes naturales. Esto los hace adecuados para aplicaciones en agricultura orgánica. Además, su no toxicidad los hace seguros para el consumo.

Sin embargo, los biopolímeros de carbohidratos se utilizan menos para la protección de las plantas debido a numerosas causas. En primer lugar, pueden ser fácilmente degradados por otros microorganismos, lo que les confiere una vida útil limitada. También se requiere un conservante para mantener sus bioactividades y propiedades bioquímicas. En segundo lugar, debido a las diversas fuentes, los biopolímeros de carbohidratos pueden tener altos grados de polidispersidad y heterogeneidad estructural, lo que dificulta proporcionar información asertiva sobre su seguridad y eficiencia. En tercer lugar, la refinación de biopolímeros de carbohidratos a partir de materias primas es costosa e ineficiente.

Los investigadores pudieron diferenciar entre las propiedades y aplicaciones de los tres biopolímeros. Aunque el quitosano es caro, se usa con frecuencia como agente antifúngico debido a su acción antifúngica directa. Debido a sus propiedades hidrofílicas, el alginato se usa a menudo en combinación con hongos y bacterias de biocontrol. Además, la celulosa es el recurso más económico y fácilmente disponible, pero su aplicación requiere modificaciones debido a su baja solubilidad en agua y deficiencia de grupos funcionales.

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Métodos alternativos de modificación de polímeros de carbohidratos que se pueden utilizar en el proceso de preparación de formulaciones fitosanitarias antifúngicas. Crédito de la imagen: Korbecka-Glinka, G et al., Polímeros

Conclusiones

Para resumir, los biopolímeros de carbohidratos son aptos como alternativas naturales a los fungicidas químicos debido a su biodegradabilidad, no toxicidad y biocompatibilidad. Numerosos estudios demostraron que estos biopolímeros podrían ser recursos fitosanitarios versátiles a la vez que eficaces elicitores, compuestos antifúngicos y matrices o vehículos para la descarga controlada de componentes activos.

El uso extensivo de pesticidas y fungicidas químicos tiene un impacto negativo en la salud humana, los organismos no objetivo y el medio ambiente. Según los autores, las crecientes preocupaciones con respecto a estos temas pueden motivar más estudios que mejoren y estandaricen los métodos de producción de biopolímeros de carbohidratos mientras se superan los obstáculos de comercialización para productos posteriores.

Además, la actividad antifúngica de estos biopolímeros se puede mejorar mediante el desarrollo de formulaciones más eficaces y complejas que combinen otros agentes antifúngicos con estos biopolímeros. Sin embargo, estos productos deben ser evaluados por su toxicidad y seguridad antes de su introducción en aplicaciones agrícolas.

Fuente

Korbecka-Glinka, G.; Piekarska, K.; Wiśniewska-Wrona, M. El uso de biopolímeros de carbohidratos en la protección de plantas contra hongos patógenos. Polímeros 2022, 14, 2854. https://www.mdpi.com/2073-4360/14/14/2854

Madanipour, S. et al. Influencia de la aplicación poscosecha de quitosano combinado con extracto etanólico de regaliz en la vida útil de manzanas. J. Medio Ambiente. Ciencias de la Salud Ing. 2019, 17, 331–336.



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