Entre las especies que pueden utilizarse para producir extractos de plantas con propiedades bioactivas y potenciar los beneficios de los cultivos, la lenteja de agua está ganando cada vez más interés entre los científicos para la producción de bioestimulantes.
Los bioestimulantes se pueden utilizar tanto para cultivos de hortalizas como de cereales, y hoy en día la investigación se centra cada vez más en nuevos bioestimulantes derivados de plantas, como extractos simples. De hecho, cuando son ricos en compuestos bioactivos, pueden promover eficazmente el crecimiento y el rendimiento de los cultivos a los que se aplican.
Además, si estos bioestimulantes se pueden obtener a partir de especies vegetales invasoras y no alimentarias, esta solución será relevante, barata e inteligente y estará en línea con los conceptos básicos de una economía circular.
En un artículo de los investigadores italianos (Dario Priolo, Ciro Tolisano, Monica Brienza y Daniele Del Buono), en el que los autores destacan el papel de la lenteja de agua en la producción de nuevos bioestimulantes para la agricultura sostenible.
…Uno de los mayores desafíos que enfrentará la agricultura en los próximos años es la creciente demanda de alimentos, ya que la población mundial podría alcanzar los 9.700 millones en 2050.
Además, las actividades humanas amenazan la calidad de los recursos naturales, reduciendo, por ejemplo, la superficie disponible para cultivos, situación agravada aún más por el cambio climático.
En este contexto, también se debe tener en cuenta que los sistemas agrícolas basados en el uso extensivo de productos químicos sintéticos aplicados a los cultivos para aumentar el rendimiento de los cultivos conducen a la contaminación ambiental y la degradación de recursos primarios como el suelo y el agua dulce.
Por lo tanto, en la lógica de la economía circular, existe una necesidad urgente de soluciones de base biológica innovadoras y sostenibles para mitigar los impactos de los sistemas agrícolas. De hecho, esta visión apunta a hacer un uso más eficiente de los recursos biológicos obtenidos tanto de los desechos agroindustriales como de los recursos naturales previamente no explotados y aplicarlos en la agricultura para mejorar el rendimiento de los cultivos.
Los beneficios de los bioestimulantes vegetales para cultivos agrícolas
Como se sabe, los bioestimulantes son sustancias naturales que pueden estimular la germinación de las semillas, influir en la nutrición de las plantas, mejorar la absorción y el uso del agua, influir en el crecimiento de las plantas y la producción de biomasa y mejorar el metabolismo primario y secundario. Además, estos materiales pueden hacer que los cultivos sean más resilientes a los factores estresantes ambientales bióticos y abióticos.
Según su origen, los bioestimulantes se dividen en microbianos y no microbianos.
Los bioestimulantes no microbianos pueden obtenerse a partir de extractos vegetales (plantas y algas), hidrolizados de proteínas (tanto de origen vegetal como animal), sustancias fúlvicas y húmicas, así como compuestos inorgánicos (sales) y orgánicos (quitosano).
Actualmente, se presta cada vez más atención a la búsqueda de nuevos extractos de plantas ricos en moléculas bioactivas que puedan utilizarse como bioestimulantes y en agricultura.
En particular, los extractos de plantas pueden contener niveles significativos de compuestos bioactivos como fenoles, aminoácidos, pequeños péptidos, micro y macroelementos y una variedad de otros componentes que pueden estimular el metabolismo de los cultivos y la producción de biomasa, así como mejorar la calidad del producto final. producto.
Estos efectos beneficiosos pueden deberse a la capacidad de los bioestimulantes para desencadenar algunos procesos fisiológicos, morfológicos y bioquímicos importantes, como la fotosíntesis y el metabolismo. Además, en extractos de plantas se han identificado moléculas específicas con actividad de señalización o hormonal que se encargan de aumentar la producción de biomasa vegetal, interactuar con proteínas para regular genes y la síntesis de aminoácidos y metabolitos.
Por ejemplo, es bien sabido que la aplicación de hidrolizados de proteínas a las plantas puede determinar muchos efectos estimulantes de las plantas, ya que contienen péptidos y aminoácidos que pueden actuar como moléculas de señalización.
Entre las especies que se pueden utilizar para producir extractos de plantas con propiedades bioactivas y mejorar los beneficios de los cultivos, la lenteja de agua está ganando cada vez más interés.
La lenteja de agua como materia prima para bioestimulantes
Esta especie es una pequeña planta acuática flotante perteneciente a la familia Lemnaceae , que se encuentra de forma natural en todo el mundo en ecosistemas de humedales como lagunas, pantanos y estanques, así como en acequias.
La lenteja de agua se considera invasiva debido a su rápida tasa de crecimiento y su alta capacidad de adaptación a diversas condiciones climáticas (temperaturas que oscilan entre 5 y 35 °C) y ambientes acuáticos desfavorables (niveles de pH de 3,5 a 10,5).
La lenteja de agua puede tolerar y tolerar altas concentraciones de compuestos tóxicos, y esta tolerancia la convierte en una especie adecuada para estudios de fitorremediación y ecotoxicidad.
De hecho, la lenteja de agua se ha utilizado con éxito para aplicaciones de fitorremediación, como el tratamiento de aguas residuales, ya que la especie puede eliminar y bioacumular contaminantes que van desde compuestos orgánicos hasta trazas de metales.
Estudios recientes han demostrado que la lenteja de agua produce muchos metabolitos secundarios con propiedades bioactivas, especialmente glucosinolatos y fenoles.
Los estudios de metabolómica realizados por los autores de este estudio demostraron que esta planta acuática tiene una amplia gama de sustancias biológicamente activas.
Entre ellos, destacan los fenoles, glucosinolatos, flavonoides y sustancias con propiedades antioxidantes y efectos protectores, ya que se correlacionan con propiedades bioestimulantes.
Por ejemplo, los glucosinolatos, ampliamente estudiados en otras especies como Brassicaceae , pueden tener efectos protectores en las plantas contra daños físicos como heridas, daños causados por ataques de plagas e incluso estresores abióticos (altas temperaturas, salinidad y luz ultravioleta).
Se ha sugerido que estos compuestos pueden actuar como moléculas de señalización capaces de activar los sistemas de defensa de las plantas.
Los fenoles y su aplicación exógena han demostrado una amplia gama de beneficios para las plantas tratadas debido a su participación en la regulación y promoción de diversos procesos fisiológicos. Estos incluyen la regulación del crecimiento, la fotosíntesis, la inducción de la síntesis de pigmentos y la mitigación del estrés oxidativo. Estos bioactivos pueden desempeñar un papel fundamental en la adaptación a condiciones ambientales desafiantes y se ha demostrado que su aplicación a los cultivos puede ayudar a las plantas a afrontar el estrés abiótico.
A pesar de las interesantes propiedades de la lenteja de agua y su riqueza en compuestos bioactivos, pocos estudios han examinado su potencial bioestimulante en cultivos, a excepción de algunos estudios recientes en cultivos de olivo y maíz.
En cuanto a los cultivos de hortalizas, no se menciona en la literatura el efecto bioestimulante de la lenteja de agua sobre estos cultivos. Para llenar este vacío, el presente trabajo tuvo como objetivo evaluar los efectos de un extracto acuoso de Lemna minor L. , la especie más común en cuerpos de agua, en tomates.
En particular, se aplicó extracto de LE en forma de pulverización foliar sobre tomate, el cual se eligió porque este cultivo es uno de los más importantes y extendidos en todo el mundo. Luego se investigaron en plantas de tomate tratadas con LE el mecanismo fotosintético y aspectos específicos como la funcionalidad del fotosistema, el desarrollo de biomasa aérea y radicular, el contenido de pigmentos y algunas clases importantes de antioxidantes. Todo esto se hizo con el fin de conocer algún efecto beneficioso del extracto sobre el cultivo de hortalizas en cuestión.
La lenteja de agua se cultivó en una cámara de crecimiento en bandejas de polietileno (35 × 28 × 14 cm) a una temperatura de 24 ± 2 °C, un fotoperiodo de 8 horas de luz y 16 horas de oscuridad, actualizando el medio nutritivo cada dos semanas.
Se seleccionaron tres concentraciones diferentes de LE para experimentos en plantas de tomate: LE 0,1, 0,5 y 1,0% (peso seco/volumen de agua – p/v). Para ello, se lavaron minuciosamente con agua 20 g de material vegetal fresco y se secaron a 40°C durante 72 horas. Luego se mezcló 1 g de biomasa seca con 100 ml de agua desionizada (valor de pH = 7,00), se extrajo en un mortero durante 5 min en presencia de una pequeña cantidad de arena de cuarzo y se dejó durante la noche en un agitador orbital (100 rpm). ) a 23 °C para completar la extracción. Finalmente, la suspensión se filtró a través de papel de filtro y se llevó a un volumen final de 100 ml con agua desionizada. Esto nos permitió obtener el extracto LE más concentrado (LE 1,0%). Este extracto se diluyó adecuadamente con agua desionizada para obtener otras dos soluciones denominadas LE 0,5 y 0,1%. Se eligieron estas tres concentraciones porque estudios previos han demostrado que son capaces de producir efectos bioestimulantes en los cultivos. Por el contrario, la LE puede ser fitotóxica en concentraciones más altas (2 y 8%) o perder actividad en concentraciones más bajas.
Luego de determinar el perfil fitoquímico del extracto, los resultados mostraron un contenido significativo de sustancias bioactivas como fenoles y glucosinolatos.
Asimismo, se encontraron flavonoides y ácidos fenólicos en cantidades significativas y concentraciones similares. Los flavonoides más abundantes fueron el kaempferol y la quercetina y sus glucósidos, seguidos de la miricetina. Además, la hesperidina fue la flavona más abundante, mientras que el ácido cafeico fue el ácido fenólico más abundante.
Además, se detectaron los siguientes fenoles y fitohormonas de bajo peso molecular (auxinas, citoquininas, giberelinas, metabolitos de jasmonato y brasinoesteroides).
El perfil metabólico también reveló la presencia de aminoácidos, fenilpropanoides y alcaloides. Los isoprenoides estuvieron ampliamente representados, incluidos los triterpenoides, los sesquiterpenos y las hormonas terpénicas (giberelinas y sus precursores, derivados del ácido abscísico y brasinoesteroides). Finalmente, se identificaron compuestos asociados con antioxidantes y respuestas al estrés de las plantas (ascorbatos y glutatión).
Los experimentos se llevaron a cabo con plantas de tomate de la variedad Rio Grande, una variedad ampliamente cultivada en Italia que produce tomates de gran tamaño con forma de pera, aptos, por ejemplo, para procesarlos para obtener tomates pelados y enlatar. Las semillas se sembraron directamente en macetas de plástico que contenían turba comercial y las plántulas se cultivaron en una cámara de crecimiento.
Se pulverizaron hojas de plántulas de tomate con un pulverizador doméstico 4 (tercera fase de hoja verdadera) y 5 semanas después de la siembra. Aplicar 2,5 ml por planta de agua (control) o LE 0,1, 0,5 o 1,0%, según el grupo experimental. Para cada tratamiento se realizaron 5 repeticiones según un diseño experimental completamente al azar. Se recolectaron plantas de seis semanas de edad para determinaciones fisiológicas, morfológicas y bioquímicas.
Resultados
El extracto de lenteja de agua activó aspectos multifacéticos de las plantas tratadas con efectos particularmente pronunciados y documentados de mejora de la fotosíntesis y la producción de biomasa, tanto en condiciones normales como en condiciones de estrés biótico y abiótico.
Los compuestos bioactivos de la lenteja de agua pudieron mejorar el desarrollo de las plantas al optimizar aspectos específicos de la maquinaria fotosintética, aumentar su eficiencia en la captura de luz y modular la transferencia de electrones y protones en los cloroplastos.
También se observó que la dosis de LE del 0,5% aumentó la concentración de flavonoides. Esto es relevante porque estas moléculas desempeñan un papel regulador molecular en la célula y están involucradas en la respuesta protectora ante estreses bióticos y abióticos, así como en la aclimatación de las plantas.
Además, existe un creciente interés en incrementar el contenido de estas biomoléculas en los cultivos, dados sus efectos protectores sobre la salud humana. Los flavonoides pueden proporcionar muchos beneficios, ya que pueden exhibir propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, anticancerígenas y antivirales, así como efectos neuroprotectores y cardioprotectores.
Los resultados mostraron que todas las concentraciones de LE contribuyeron a una mejora significativa en las muestras de tomate tratadas, pero el 0,5% produjo el mejor efecto de rendimiento.
Esta investigación demostró cómo se pueden aprovechar recursos naturales como la lenteja de agua con aplicaciones agrícolas convenientes para mejorar la productividad de los sistemas agrícolas, haciéndolos más sostenibles. Sin embargo, los estudios realizados a escala de laboratorio deben ir necesariamente acompañados de pruebas de campo, que están previstas en el futuro.
Basado en un artículo de un grupo de autores (Dario Priolo, Ciro Tolisano, Monica Brienza y Daniele Del Buono), publicado en la revista Agricultura 2024 en el portal www.mdpi.com.
