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Bioestimulantes: Más Allá de los Orígenes

Lunes, 11 Diciembre 2023
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El cambio climático es un factor crítico y limitante que amenaza a todo el sistema mundial de producción agrícola y en especial al rendimiento de los cultivos. El uso de bioestimulantes en la agricultura ha demostrado tener un enorme potencial para combatir fenómenos como la sequía, la salinidad, las temperaturas extremas, etc. potenciados por la crisis climática (1-3).

Durante las últimas dos décadas, la presencia en el mercado de bioestimulantes basados en aminoácidos han experimentado un fuerte crecimiento. A nivel mundial, los productos a base de proteínas hidrolizadas, fuente de aminoácidos, representan la tercera categoría de bioestimulantes por tamaño de mercado después de los extractos de algas y las sustancias húmicas.

Los bioestimulantes a base de proteínas hidrolizadas (PH) se producen a partir de coproductos de origen animal o de origen vegetal promoviendo la economía circular y siguiendo la estrategia definida en los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Por otro lado, estos hidrolizados pueden obtenerse mediante hidrólisis química, térmica o enzimática o una combinación de estas. El método de obtención y el origen de la proteína son factores clave e independientes (4) para la calidad final del producto bioestimulante.

Por ejemplo, mientras que un proceso de hidrólisis enzimática preserva las formas biológicamente activas, los L-α-aminoácidos (5-6), la hidrólisis química tiende a dejar residuos como sodio, sulfatos y cloruros, a destruir aminoácidos relevantes como el Triptófano precursor de auxinas (7) y a convertir los L-α-aminoácidos en su forma D-racémica (8-9). Tanto los residuos mencionados como los D-aminoácidos pueden conllevar efectos secundarios no deseados para los cultivos (10).
L aminoacido

Además del impacto que tienen en los parámetros de calidad, la hidrólisis enzimática es un proceso más sostenible y amigable con el medio ambiente (11) si se compara con las hidrolisis de tipo químico ya sean de tipo ácidas o básicas.

Lamentablemente en los últimos años se ha extendido la percepción que los bioestimulantes en base a hidrolizados de proteína animal poseen una serie de desventajas en comparación con los bioestimulantes de origen vegetal.

No obstante, cuando se analiza de forma exhaustiva la literatura actual sobre este tema, se observa que en la mayoría de los artículos (12-16) se relaciona erróneamente el origen animal con la hidrólisis química y el origen vegetal con la hidrólisis enzimática y por consiguiente con todos los beneficios asociados a este método de obtención.

Sin embargo, los bioestimulantes basados en hidrolizados de proteína animal de Bioiberica se producen por hidrólisis enzimática (17-20) y, lo que es más, una gran parte de los bioestimulantes a base de proteína vegetal presentes en el mercado provienen de hidrólisis químicas agresivas, procesos necesarios para mejorar su solubilidad y para eliminar factores inhibidores del crecimiento que afectan a su actividad bioestimulante (21).

Así pues, los bioestimulantes obtenidos mediante hidrólisis enzimática son una categoría de bioestimulantes que se caracterizan por contener mezclas de polipéptidos, oligopéptidos y L-α-aminoácidos provenientes de materiales orgánicos con un alto contenido en proteína de alto valor biológico y que han demostrado su eficacia sobre múltiples procesos fisiológicos, incluida la actividad fotosintética, la asimilación y translocación de nutrientes y en los parámetros de calidad, así como, en la salud del suelo y el rendimiento productivo de los cultivos (22-24).

 

Referencias bibliográficas

(1) Bhupenchandra, I.; Chongtham, S. K.; Devi, E. L.; R., R.; Choudhary, A. K.; Salam, M. D.; Sahoo, M. R.; Bhutia, T. L.; Devi, S. H.; Thounaojam, A. S.; Behera, C.; M. N., Harish.; Kumar, A.; Dasgupta, M.; Devi, Y. P.; Singh, D.; Bhagowati, S.; Devi, C. P.; Singh, H. R.; Khaba, C. I. Role of Biostimulants in Mitigating the Effects of Climate Change on Crop Performance. Front. Plant Sci. 2022, 13, 967665. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.967665.

(2) Bhupenchandra, I. Role of Biostimulants in Mitigating the Effects of Climate Change on Crop Performance. Frontiers in Plant Science 19. nt. Plant Sci. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.967665/full

(3) Sangiorgio, D.; Cellini, A.; Donati, I.; Pastore, C.; Onofrietti, C.; Spinelli, F. Facing Climate Change: Application of Microbial Biostimulants to Mitigate Stress in Horticultural Crops. Agronomy 2020, 10 (6), 794. https://doi.org/10.3390/agronomy10060794.

(4) Carillo, P.; Pannico, A.; Cirillo, C.; Ciriello, M.; Colla, G.; Cardarelli, M.; De Pascale, S.; Rouphael, Y. Protein Hydrolysates from Animal or Vegetal Sources Affect Morpho-Physiological Traits, Ornamental Quality, Mineral Composition, and Shelf-Life of Chrysanthemum in a Distinctive Manner. Plants 2022, 11 (17), 2321. https://doi.org/10.3390/plants11172321.

(5) Sierras, N.; Botta, A.; Staasing, L.; Martinez, M. J.; Bru, R. Understanding the Effect of Amino Acids Based Biostimulant by an Enantiomeric Analysis of Their Active Principles and a Proteomic Profiling Approach. In Acta Horticulturae; International Society for Horticultural Science (ISHS), Leuven, Belgium, 2016; pp 93–100. https://www.actahort.org/books/1148/1148_11.htm

(6) Sánchez-Hernández, L.; Serra, N. S.; Marina, M. L.; Crego, A. L. Enantiomeric Separation of Free l - and d -Amino Acids in Hydrolyzed Protein Fertilizers by Capillary Electrophoresis Tandem Mass Spectrometry. J. Agric. Food Chem. 2013, 61 (21), 5022–5030. https://doi.org/10.1021/jf4013345.

(7) Cristiano, G.; Pallozzi, E.; Conversa, G.; Tufarelli, V.; De Lucia, B. Effects of an Animal-Derived Biostimulant on the Growth and Physiological Parameters of Potted Snapdragon (Antirrhinum Majus L.). Front. Plant Sci. 2018, 9, 861. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00861.

(8) Liardon, R.; Jost, R. Racemization of Free and Protein-Bound Amino Acids in Strong Mineral Acid. International Journal of Peptide and Protein Research 1981, 18 (5), 500–505. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1981.tb03012.x.

(9) Liardon, R.; Hurrell, R. F. Amino Acid Racemization in Heated and Alkali-Treated Proteins. J. Agric. Food Chem. 1983, 31 (2), 432–437. https://doi.org/10.1021/jf00116a062.

(10) Forsum, O.; Svennerstam, H.; Ganeteg, U.; Näsholm, T. Capacities and Constraints of Amino Acid Utilization in Arabidopsis. New Phytologist 2008, 179 (4), 1058–1069. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2008.02546.x

(11) Colantoni, A.; Recchia, L.; Bernabei, G.; Cardarelli, M.; Rouphael, Y.; Colla, G. Analyzing the Environmental Impact of Chemically Produced Protein Hydrolysate from Leather Waste vs. Enzymatically Produced Protein Hydrolysate from Legume Grains. Agriculture 2017, 7 (8), 62. https://doi.org/10.3390/agriculture7080062.

(12) Consentino, B. B.; Virga, G.; La Placa, G. G.; Sabatino, L.; Rouphael, Y.; Ntatsi, G.; Iapichino, G.; La Bella, S.; Mauro, R. P.; D’Anna, F.; Tuttolomondo, T.; De Pasquale, C. Celery (Apium Graveolens L.) Performances as Subjected to Different Sources of Protein Hydrolysates. Plants 2020, 9 (12), 1633. https://doi.org/10.3390/plants9121633.

(13) Malécange, M.; Sergheraert, R.; Teulat, B.; Mounier, E.; Lothier, J.; Sakr, S. Biostimulant Properties of Protein Hydrolysates: Recent Advances and Future Challenges. IJMS 2023, 24 (11), 9714. https://doi.org/10.3390/ijms24119714.

(14) Choi, S.; Colla, G.; Cardarelli, M.; Kim, H.-J. Effects of Plant-Derived Protein Hydrolysates on Yield, Quality, and Nitrogen Use Efficiency of Greenhouse Grown Lettuce and Tomato. Agronomy 2022, 12 (5), 1018. https://doi.org/10.3390/agronomy12051018.

(15) Carillo, P.; Pannico, A.; Cirillo, C.; Ciriello, M.; Colla, G.; Cardarelli, M.; De Pascale, S.; Rouphael, Y. Protein Hydrolysates from Animal or Vegetal Sources Affect Morpho-Physiological Traits, Ornamental Quality, Mineral Composition, and Shelf-Life of Chrysanthemum in a Distinctive Manner. Plants 2022, 11 (17), 2321. https://doi.org/10.3390/plants11172321.

(16) Rouphael, Y.; Carillo, P.; Cristofano, F.; Cardarelli, M.; Colla, G. Effects of Vegetal- versus Animal-Derived Protein Hydrolysate on Sweet Basil Morpho-Physiological and Metabolic Traits. Scientia Horticulturae 2021, 284, https://doi.org/110123. 10.1016/j.scienta.2021.110123

(17) Cristiano, G.; Pallozzi, E.; Conversa, G.; Tufarelli, V.; De Lucia, B. Effects of an Animal-Derived Biostimulant on the Growth and Physiological Parameters of Potted Snapdragon (Antirrhinum Majus L.). Front. Plant Sci. 2018, 9, 861. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00861.

(18) Polo, J.; Mata, P. Evaluation of a Biostimulant (Pepton) Based in Enzymatic Hydrolyzed Animal Protein in Comparison to Seaweed Extracts on Root Development, Vegetative Growth, Flowering, and Yield of Gold Cherry Tomatoes Grown under Low Stress Ambient Field Conditions. Front. Plant Sci. 2018, 8, 2261. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.02261.

(19) Casadesús, A.; Polo, J.; Munné-Bosch, S. Hormonal Effects of an Enzymatically Hydrolyzed Animal Protein-Based Biostimulant (Pepton) in Water-Stressed Tomato Plants. Front. Plant Sci. 2019, 10, 758. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00758.

(20) Casadesús, A.; Pérez-Llorca, M.; Munné-Bosch, S.; Polo, J. An Enzymatically Hydrolyzed Animal Protein-Based Biostimulant (Pepton) Increases Salicylic Acid and Promotes Growth of Tomato Roots Under Temperature and Nutrient Stress. Front. Plant Sci. 2020, 11, 953. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00953.

(21) Jain, B. M.; Badve, M. P. A Novel Process for Synthesis of Soybean Protein Hydrolysates and Study of Its Effectiveness as a Biostimulant and Emulsifier. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification 2022, 174, 108880. https://doi.org/10.1016/j.cep.2022.108880.

(22) Navarro‐León, E.; López‐Moreno, F. J.; Borda, E.; Marín, C.; Sierras, N.; Blasco, B.; Ruiz, J. M. Effect of l ‐amino Acid‐based Biostimulants on Nitrogen Use Efficiency (NUE) in Lettuce Plants. J Sci Food Agric 2022, jsfa.12071. https://doi.org/10.1002/jsfa.12071.

(23) Navarro-León, E.; Borda, E.; Marín, C.; Sierras, N.; Blasco, B.; Ruiz, J. M. Application of an Enzymatic Hydrolyzed L-α-Amino Acid Based Biostimulant to Improve Sunflower Tolerance to Imazamox. Plants 2022, 11 (20), 2761. https://doi.org/10.3390/plants11202761.

(24) Acin-Albiac, M.; García-Jiménez, B.; Marín Garrido, C.; Borda Casas, E.; Velasco-Alvarez, J.; Serra, N. S.; Acedo, A. Lettuce Soil Microbiome Modulated by an L-Α-Amino Acid-Based Biostimulant. Agriculture 2023, 13 (2), 344. https://doi.org/10.3390/agriculture13020344.

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