En los invernaderos, la alta humedad, a veces la poca luz y las condiciones de ventilación inadecuadas, junto con una plantación continua y densa, promueven la propagación de patógenos transmitidos por el suelo. Entre estos patógenos, Fusarium oxysporum Schltdl (F. oxysporum) es particularmente peligroso y causa la pudrición de las raíces de las plantas de tomate. Para solucionar este problema, los científicos han utilizado campos eléctricos pulsados como forma de eliminar el patógeno del entorno del suelo.
En un artículo de un equipo de investigadores de la Universidad Agrícola de Shanxi, el Jinzhong Information College y el Laboratorio de Tecnologías y Equipos Clave para Tierras Áridas en Shanxi, que propone un nuevo enfoque para proteger los cultivos de invernadero de patógenos peligrosos del suelo.
Por qué la tecnología de campos eléctricos pulsados es prometedora en la protección de plantas
En 2021, la superficie de tierras de invernadero para el cultivo de hortalizas en China alcanzó los 2,48 millones de metros cuadrados. m2. La producción en invernadero evita las restricciones estacionales al crear un entorno de crecimiento óptimo para los cultivos y proporcionar producción de hortalizas durante todo el año. Sin embargo, los problemas fitosanitarios surgen debido a factores como la alta humedad, la iluminación insuficiente, la ventilación insuficiente y el cultivo denso y continuo en invernaderos, lo que conduce a la aparición de enfermedades transmitidas por el suelo.
Actualmente, las estrategias para eliminar los patógenos responsables de las enfermedades transmitidas por el suelo incluyen varios enfoques, incluido el control biológico, los enfoques agroquímicos y los métodos físicos, entre otros.
El control biológico, caracterizado por su carácter respetuoso con el medio ambiente, utiliza los recursos de los microorganismos de control biológico para limitar la propagación de patógenos en la matriz del suelo. Sin embargo, este método muestra un inicio de efectividad relativamente lento y una gama limitada de microorganismos disponibles para el control, lo que resulta en una pequeña supresión de patógenos.
Por el contrario, los métodos agroquímicos son sencillos y prácticos. Sin embargo, la dependencia prolongada de agentes químicos puede provocar la acumulación de residuos de pesticidas en el suelo, lo que contribuye a la resistencia de los patógenos a las sustancias activas de los fármacos.
Los métodos físicos, como la cocción al vapor a alta temperatura y la llama a alta temperatura, implican procesos de procesamiento complejos. Por lo tanto, encontrar una tecnología eficaz y respetuosa con el medio ambiente para matar patógenos es de suma importancia para garantizar el uso sostenible de los suelos de invernadero.
La tecnología de campos eléctricos pulsados (PEF), que se distingue por sus características respetuosas con el medio ambiente y no contaminantes, se ha aplicado ampliamente en áreas como la esterilización de alimentos, el tratamiento de lodos y la degradación de compuestos, incluidos los tumores, en la medicina humana.
Cómo funciona el método IEP
Como nuevo método de esterilización no térmica, el IEP inactiva eficazmente los microorganismos al cambiar transitoriamente sus estados electrofisiológicos y bioquímicos, provocando la ruptura de la membrana celular y daño estructural interno.
El mecanismo de esterilización implica la electroporación, que se refiere a cambios temporales en la permeabilidad de la membrana celular causados por la influencia de una alta intensidad de campo eléctrico. Esto da como resultado la formación de poros, que permiten el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la célula. La bicapa de fosfolípidos de la membrana celular, que tiene propiedades capacitivas, puede generar fuerzas eléctricas que debilitan y dañan la membrana, lo que provoca una ruptura eléctrica de la membrana.
Un campo eléctrico externo impone fuerzas de compresión laterales sobre la membrana celular, creando tensión mecánica que puede comprometer aún más la integridad de la membrana. Esto suele ocurrir cuando se utiliza IEP de alta intensidad, cuando una duración de pulso corta provoca cambios a corto plazo en el estado electrofisiológico y bioquímico de la membrana celular, lo que conduce a la muerte de los microorganismos.
Sin embargo, el uso de la tecnología IEP para la esterilización del suelo, especialmente para la eliminación de patógenos transmitidos por el suelo, es todavía algo limitado. El principal obstáculo es la tendencia del suelo a sufrir una ruptura dieléctrica cuando se expone a un campo eléctrico externo demasiado fuerte, lo que dificulta la aplicación continua de campos eléctricos elevados. Esta descomposición provoca la ionización del suelo, convirtiéndolo de aislante a conductor, un proceso conocido como ruptura dieléctrica del suelo.
El umbral en el que se produce la degradación del suelo depende de varios factores, entre ellos la humedad del suelo, la densidad aparente y el tipo de suelo. Modulando los parámetros del campo eléctrico y las características del suelo, es posible superar estas limitaciones y ampliar la aplicación de la tecnología para la producción de cultivos en invernadero.
Investigación y conclusiones
En resumen, el estudio representa una investigación pionera sobre el uso de la tecnología de campo eléctrico pulsado para esterilizar F. oxysporum en un ambiente de suelo de invernadero.
El estudio se dividió metódicamente en un enfoque sistemático de tres etapas.
El efecto de esterilización del IEP sobre F. oxysporum en suspensiones se evalúa inicialmente para examinar la viabilidad y eficacia de la tecnología y determinar un rango razonable y eficaz de parámetros de esterilización. Establecer la relación entre los parámetros del IEP y la eficacia fungicida en un ambiente controlado es fundamental para experimentos posteriores en entornos de suelo más complejos.
Posteriormente, este estudio profundiza en la interacción entre los parámetros del IEP y las propiedades del suelo para determinar el rango efectivo de parámetros del IEP, especialmente la intensidad máxima del campo eléctrico, que pueden usarse de manera segura y efectiva para el tratamiento en diferentes condiciones del suelo.
Finalmente, con base en los resultados de las dos primeras etapas, este estudio aplica el tratamiento IEP a muestras de suelo para evaluar su efecto fungicida sobre F. oxysporum , se utilizó el análisis RSM para optimizar la combinación de parámetros tecnológicos.
A través de pasos experimentales, este estudio intenta cerrar la brecha de investigación existente relacionada con la aplicación de la tecnología de campo eléctrico pulsado en el campo de la esterilización de suelos.
En general, su objetivo es establecer un marco teórico y proponer fundamentos técnicos esenciales para el desarrollo de equipos de esterilización de suelos basados en los principios del IEP. Además, los desarrolladores de tecnología abogan por la sostenibilidad y el mantenimiento de la salud del suelo a través de metodologías físicas.
“Con base en estos resultados, se esterilizaron muestras de suelo según una variedad de parámetros que cubrían intensidades de campo eléctrico de 5 a 9,5 kV cm-1, números de pulso entre 100 y 500 y anchos de pulso de 10 a 20 μs. El análisis de la metodología de superficie de respuesta (RSM) identificó además la combinación óptima de parámetros: intensidad de campo eléctrico de 8,2 kV·cm, 306 pulsos y ancho de pulso de 15 μs, lo que resultó en un nivel letal promedio de 76,16 % para la esterilización de F. oxysporum en el suelo. . «Estos resultados sugieren el uso potencial del IEP contra F. oxysporum y otros patógenos en suelos de invernadero y proporcionan una base teórica para futuros experimentos, promoviendo así el desarrollo sostenible de la agricultura de invernadero», concluyeron los autores.
Basado en un artículo de un grupo de autores (Jie Chen, Yingjian Sun, Qingliang Cui, Xiaojuan Hao, Zhenyu Liu, Guan Li), publicado en la revista Agriculture 2024 en el portal www.mdpi.com.
