Formulación biotecnológica de un hidrogel superabsorbente con un consorcio de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal pertenecientes al género Pseudomonas, Enterobacter y Bacillus soportadas e inmovilizadas en matrices de polisacáridos para favorecer la adaptabilidad y rendimiento de las plantas en condiciones de escasez de hídrica. La formulación biotecnológica consiste en la combinación de hidrogeles absorbentes de agua a base de alginato y carragenano con rizobacterias (Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis y Enterobacter ludwiggi) y el aminoácido triptófano encapsulados en su matriz polimérica. Si bien cada uno de ellos por sí solos le confieren propiedades benéficas a las plantas frente al estrés hídrico, su combinación permiten una sinergia entre ellos y potencian aún más la inducción sistemática a la tolerancia a la sequía ; promoción de la adaptabilidad de las plantas a condiciones de menor humedad en el suelo ; la estimulación para la producción de hormonas de crecimiento vegetal y la inducción del crecimiento del sistema radicular de las plantas, generando un aumento en la capacidad exploratoria de las raíces, absorción de agua y nutrientes desde el suelo.

Qué problema resuelve esta capacidad

El déficit hídrico provocado por procesos antrópicos como el cambio climático y la deforestación conlleva a la disminución de la productividad de los cultivos agrícolas. A nivel mundial se estima que para el 2050 la sequía inhibirá el crecimiento de las plantas en más del 50% de las tierras arables. En el país los pronósticos no son halagüeños, a pesar de ser uno de los países con más reservas de agua del mundo, la proyección de la producción de los principales cultivos como maíz, papa y trigo se reducirá hasta en un 30% en Chile debido al déficit hídrico (ODEPA 2013). El estrés hídrico (escasez de agua) reduce el crecimiento, área foliar, fotosíntesis y consecuentemente disminuye el rendimiento de los cultivos (Acevedo et al., 1998 ; Miranda et al., 2016). El efecto de este fenómeno en el cultivo depende de la variedad genética, tipo de suelo, la duración del estrés y la intensidad de la sequía. El avellano europeo (Corylus avellana L.), es una planta que posee una muy baja tolerancia al estrés hídrico, y que bajo una condición de escasez hídrica disminuye considerablemente la capacidad de intercambio gaseoso de la hoja, reduciendo su capacidad de fotosíntesis y producción de asimilados en la planta, con impacto directo en la producción y rendimiento de frutos (Ortega-Farías et al., 2020). Algunas de las estrategias para afrontar las condiciones hídricas actuales y las que se avecinan, es el aumento de hectáreas de cultivo bajo riego con el empleo de nuevas prácticas agrícolas como son: sensores para determinar la demanda hídrica, mulching natural de rastrojo, incorporar variedades genéticas tolerantes al estrés hídrico: sumado a lo anterior la aplicación de microorganismos que aumentan la tolerancia al estrés hídrico y la aplicación de hidrogeles superabsorbentes. Estos últimos se caracterizan por su extraordinaria capacidad de absorber y retener grandes cantidades de agua, sin disolverse y, son usados como acondicionadores de suelo para mejorar su capacidad de retención de agua, permeabilidad, velocidad de filtración, aireación, actividad microbiana y retardar su erosión (Mishra, 2019 ; Varaprasad et al., 2017). La mayoría de los hidrogeles comerciales utilizados están basados en poliacrilamida, poliacrilatos o sus derivados. Estos son polímeros sintéticos de origen no renovable, obtenidos por diferentes métodos tales como método en masa, suspensión inversa, iniciadores de redox, entre otros (Mishra, 2019 ; Behera, y Mahanwar, 2020). Ha sido reportado que los hidrogeles de poliacrilamida para uso agrícola pueden almacenar un 95% de agua en suelo (Johnson y Veltkamp, 1985). Sin embargo, los productos de degradación de estos hidrogeles son catalogados como tóxicos. En particular, el monómero de acrilamida es altamente tóxico para los sistemas nerviosos y respiratorios de animales y humanos (Takigami et al., 1998). Asimismo, la velocidad de degradación de estos hidrogeles es muy lenta lo que a futuro los convierte en residuos contaminantes en el suelo. En ese sentido, los hidrogeles basados en poliacrilamidas muestran una degradación en el suelo de 0,45 % luego de 24 semanas (Wilske et al., 2014), y los basados en poliacrilatos de 0,8 y 3,2 % luego de 11 y 14 semanas respectivamente (Mai et al. 2004).

Cuáles son las ventajas competitivas de esta capacidad

Actualmente en el mercado agrícola no se ofrecen productos biotecnológicos que cuenten con técnicas de inmovilización y encapsulación, por lo que no se identifican competidores directos del producto a desarrollar. No obstante, se logran identificar competidores indirectos que producen y comercializan bioestimulantes, biofertilizantes y productos biológicos basados en microorganismos que estimulan el crecimiento de las plantas, tales como Bionativa, Oikos Chile, Symborg, Biopacific y Agrotechnology. Por otro lado, se identifica como competidor sustituto a la tecnología de modificación genética, que consiste en aislar aquellas bacterias que son más útiles y produzcan hormonas o fijen nitrógeno para luego aplicarlas a las plantas y así mejorar la resistencia a las condiciones abióticas a las cuales se encuentran sometidas, sin embargo, esta tecnología no es muy atractiva porque su desarrollo requiere de plazos muy extensos por lo que no es óptima como solución para problemas contingentes como es de la sequía. Los productos que actualmente se ofrecen en el mercado están basados en microorganismos fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fósforo y promotores del crecimiento vegetal ; son importados principalmente desde Estados Unidos y Europa, lo que encarece sus costos y el precio final para el consumidor ; vienen en formato líquido o polvo, presentando un bajo grado de desarrollo tecnológico e inconvenientes entre los que se encuentran: cortos períodos de conservación (aprox. 4 meses), baja sobrevivencia del producto en condiciones de almacenamiento y su aplicación se debe realizar en múltiples ocasiones durante el período de cultivo, lo que no necesariamente va a generar una buena respuesta por parte de las plantas inoculadas y además encarece los costos del proceso. Considerando lo anterior, se identifican principalmente cinco ventajas competitivas del producto que se desea desarrollar con los resultados del proyecto y que son: 1\. El aumento del período de caducidad, debido a que las bacterias del género Pseudomonas, Enterobacter y Bacillus pueden permanecer inmovilizadas en cápsulas de hidrogel por más de un año sin perder sus propiedades fisiológicas originales. 2\. Al ser un producto con bacterias inmovilizadas y encapsuladas permite aumentar la sobrevivencia de los microorganismos en el suelo y, faculta que se liberen de forma lenta y controlada. 1. La utilización de productos inmovilizados y encapsulados permite que su aplicación a los cultivos sea de una sola vez, disminuyendo los costos de producción para los agricultores. Del mismo modo, favorece una agricultura sustentable al disminuir la huella hídrica que se utiliza en la producción de alimentos. 2. En condiciones de laboratorio hemos demostrado un aumento de un 20% en altura de plantas y de un 50% en el peso de raíces de ballica inglesa inoculadas con Enterobacter ludwigii comparadas con plantas no inoculadas con la cepa bacteriana. Además, hemos demostrado previamente que plantas de trigo sometidas a estrés hídrico inoculadas con las bacterias Pseudomonas fluorescens y Bacillus subtilis obtuvieron un aumento del 88 % en el crecimiento de la biomasa aérea y de 211 % en el peso seco de las raíces comparadas con plantas control (no inoculadas). 3. La producción de los bio-hidrogeles macro-esféricos con rizobacterias inmovilizadas mediante la tecnología JetCutter®️ permite producir en masa a bajo costo y transforma materias primas de origen natural sustentables como el alginato y carragenano en un producto con un alto valor agregado. Estos últimos son polímeros absorbentes de agua que pueden abastecer de agua a las plantas que estén a su alrededor.

Qué más deberías saber sobre esta capacidad

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