18 de abril de 2023
“LOS CUATRO CEREBROS DE LA PRODUCTIVIDAD AGRICOLA - ACUICOLA: PLANTA, SUELO, MICROBIOTA Y HOMBRE”
Rafael R. Horna Zapata. PhD (agripitus@gmail.com). 2023
INTRODUCCION
Primero, desde el punto de vista del microbioma-microbiota, permítanme parodiar entre la productividad agrícola-acuícola (plantas-animales, suelo, microbiota y el hombre = “cerebros”) y los tres cerebros del humano.
Normalmente se estima que el humano y animales tiene dos cerebros. Sin embargo, de acuerdo a Domínguez Vanessa (2021. Universidad del Valle de México. vanpsicologia@yahoo.com.mx) el humano dentro de la caja craneal tiene tres (3) otros investigadores dicen son cuatro y cinco cerebros, son el: Reptiliano, Límbico y Neocortex. Otros investigadores dicen que solo tienen dos cerebros; el craneal y el estómago donde está la microbiota intestinal, igual número de cerebros tienen los animales terrestres y acuícolas.
Descripción del cerebro del humano:
El cerebro del humano se subdivide en;
a. Reptiliano: Se encarga de cuestiones automáticas y de alerta.
b. Mamífero o límbico: En él reside la capacidad de sentir emociones. ...
c. Neocortex: Se encarga del lenguaje, pensamiento, pensamiento abstracto, cognición, etc. cada uno tiene distinta función.
Lo cierto es que sin la microbiota intestinal jamás ocurrirá digestión, fermentación, absorción, desorción, traslocación, de enzimas, aminoácidos, proteínas, nutrientes hacia el sistema pilórico y torrente sanguíneo para luego darnos energía, vida, continuar el ciclo de reproducción. Se completa el ciclo con la evacuación de desechos líquidos,sólidos y gases (sistema urinario y recto).
Científicos de Alemania concuerdan que, de no existir microrganismos dentro de nuestro tracto intestinal, sería imposible nuestra vida. Esta afirmación es lo que exactamente ocurre en el suelo para las plantas y columna de agua para las especies acuáticas y animales terrestres.
Además, los científicos alemanes han determinado, que las personas de tendencia obesa son los que menos cantidad de microrganismos eficientes tienen dentro del estómago, ello les lleva el camino hacia la diabetes. Por ello, es que ahora existe varios sistemas para trasplantar microbios eficientes de heces fecales de personas más sanas, o bien regenerar nuestra flora con probióticos. Los resultados son asombrosos. En la actualidad a esta técnica se denomina Coprofagia.
En la literatura científica, es común describir a los microorganismos que se alojan dentro del tracto intestinal de los humanos y animales como FLORA INTESTINAL, cuan equivocados estamos, en nuestra microbiota intestinal como en el del animal no existe; flores, plantas, … lo que si existe mas de 999 millones de especies entre bacterias y virus benéficos que se encargan en armonía simbiotica de desdoblar la materia orgánica. Ahora, en la agricultura, si existe las dos microbiotas, flora, micro y macro fauna.
Tal simbiosis, ocurre con tal exactitud en la comunidad acuática, hay organismos drómicos que expulsan las heces fecales (por ejemplo, la tilapia) y otro drómico como los camarones se alimentan de estas heces. Este fenómeno ocurre en el policultivo Tilapia + camarón. Otras especies sedentarias también aprovechan tales excrementos. Esta es la razón del porque empresarios, técnicos y científicos en acuicultura dan prioridad al empleo de los microorganismos eficientes cuyos resultados están incrementando los volúmenes de exportación y generación de divisas. Hay más trabajo.
La coprofagia: La coprofagia es común en los perros comer las heces, sean propias o de otro animal, por alguna necesidad lo hacen. De esta simpática observación nació la investigación para aplicar en la actualidad a los humanos y tilapias, camarones. La deficiencia de bacterias causa; falta digestión alimentaria, dolor estomacal, estreñimiento y problemas psicológicos (alteración del sistema nervioso).
BREVE ANALISIS
Luego de la lectura de los párrafos expuestos, ahora les invito a identificar que en vez de “tres cerebros que existe en el humano y animales”, en la productividad agrícola y acuícola existe cuatro cerebros bien diferenciados, cada uno con funciones definidas. En articulo aparte entregare este mismo análisis para la acuicultura (camarón + tilapia); por el momento empecemos por la agricultura:
1. SEMILLA - LA PLANTA (primer cerebro con sus extensiones; raíz, tronco, follaje)
a. Semilla: Antes de la siembra, ahora ya se está acostumbrado a inocular las semillas con bacterias y hongos amigables, se llama fortalecimiento o biofortificacion epigenético, se puede comprender como una bio-vacuna agrícola. Por ejemplo, en Glycine max L. (Soya-Soja); Zea mayz L.; Oryza sativa (arroz) y en otras semillas ya se practica la inoculación- biofortificacion o vacuna agrícola.
b. El sistema radical: Absorbe agua y nutrimentos. Es el asidero de microrganismos simbióticos como;
2. MICROBIOTA
Las bacterias. Organismos procariotas unicelulares presentan tamaños micrométricos entre 0,5 y 5 µm tienen diversas formas (esferas, bastones y espirales).
Microorganismos simbiontes. Rhizobium es un género de bacterias gram- negativas, cuya importancia se debe a la simbiosis que establecen con las leguminosas.
Cuando hay exceso de materia orgánica (> 5%) indudablemente que hay buena concentración de N orgánico por tanto la nodulación de BFN es baja. La presencia de molibdeno es clave, puesto que es un constituyente de la nitrogenasa.
Entre los organismos fijadores que cohabitan en simbiosis con plantas fabáceas pertenecen al subgrupo de las proteobacterias en el que se incluyen los géneros Allorhizobium, Azorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobium y Sinorhizobium (recientemente incluido en Ensifer) y se denominan genéricamente rhizobios. También existen algunas simbiosis fijadoras de nitrógeno entre algunos géneros de plantas no leguminosas y otros organismos procariotas como el actinomiceto Frankia y las cianobacterias Nostoc y Anabaena. Forman nódulos en tallos y raíces.
a. El sistema radical: Absorbe agua y nutrimentos. Es el asidero de microrganismos simbióticos como;
3. MICROBIOTA
Las bacterias. Organismos procariotas unicelulares presentan tamaños micrométricos entre 0,5 y 5 µm tienen diversas formas (esferas, bastones y espirales).
Microorganismos simbiontes. Rhizobium es un género de bacterias gram- negativas, cuya importancia se debe a la simbiosis que establecen con las leguminosas.
Cuando hay exceso de materia orgánica (> 5%) indudablemente que hay buena concentración de N orgánico por tanto la nodulación de BFN es baja. La presencia de molibdeno es clave, puesto que es un constituyente de la nitrogenasa.
Entre los organismos fijadores que cohabitan en simbiosis con plantas fabáceas pertenecen al subgrupo de las proteobacterias en el que se incluyen los géneros Allorhizobium, Azorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobium y Sinorhizobium (recientemente incluido en Ensifer) y se denominan genéricamente rhizobios. También existen algunas simbiosis fijadoras de nitrógeno entre algunos géneros de plantas no leguminosas y otros organismos procariotas como el actinomiceto Frankia y las cianobacterias Nostoc y Anabaena. Forman nódulos en tallos y raíces.
En el caso de la nitratación se consigue nitrato (NO3-) partiendo del nitrito (NO2-), previamente obtenido. Este último paso lo ejecutan bacterias del género Nitrobacter. Asimilación: ocurre cuando las plantas absorben el nitrato o el amoníaco a través de sus raíces. Estas moléculas posteriormente son incorporadas a las proteínas y los ácidos nucleicos de las plantas. Este es uno de los verdaderos pasos que a muchos vendedores de fertilizantes convencionales les cuesta difundir. Microrganismos simbiontes:
Azotobacter, Azospirillum y Beijerinckia, entre otros. pueden actuar también en las hojas de la planta, es decir, a partir de las exudaciones foliares forman nódulos. Además de fijar el nitrógeno degradan los materiales orgánicos que se depositan sobre la hoja, producen enzimas de crecimiento para la planta y segregan una serie de sustancias que protegen a la planta del ataque de los fitopatógenos.
Dentro del género Azospirillum se encuentran agrupadas bacterias móviles, que al igual que en el género anterior crecen en suelos pH cercanos a la neutralidad. No solo se encuentran en las partes más superficiales de las raíces, sino que penetran en ellas, influyendo directamente en la nutrición de las plantas.
Microorganismos no simbiontes. Son fuente primaria de suministro de nitrógeno para las plantas. Reducen el N atmosférico a N amoniacal, incorporándolo de esa manera al suelo.
Microorganismos que transforman el fósforo. El fósforo se puede agrupar en dos fracciones, constituidas por el fósforo inorgánico (Pi) y el fósforo orgánico (Po). El primero hace referencia al fósforo de naturaleza mineral y el segundo al que se encuentra unido o formando complejos con la materia orgánica. Para que este elemento se encuentre en formas disponibles para la asimilación por parte de las plantas es necesario que actúen los microorganismos solubilizadores de PO4. Para que se produzca la hidrolización actúan las enzimas fosfatasas, que son secretadas al suelo por los microorganismos.
Entre los géneros de bacterias que presentan la capacidad de solubilizar el fósforo se encuentran las bacterias Aspergillus, Penicillium, y entre los hongos Trichoderma y Fusarium. Ver Cuadro 2, efecto de cepas específicas de bacterias eficientes.
Cuadro 2. Efecto de bacterias eficientes.
Las cepas MHBM06 y MHBM77 facilitan la nutrición del cultivo, repercutiendo
en:
Hasta menos uso del 50% de fertilizantes de fósforo y hierro
Genera:
+ 40% en asimilación de P
+ 35% en asimilación de Fe
+ 20% en aumento de producción
+ 18% en aumento de clorofila
+40% de biomasa radicular y foliar
+90% de síntesis de nucleótidos
Microorganismos que movilizan el potasio. El potasio (K) se encuentra retenido en la solución del suelo, formando iones, en forma cambiable, inmovilizado entre las láminas de fitosilicatos o formando parte de las estructuras minerales, como feldespatos y micas. El potasio que se encuentra en el suelo, asociado con otros elementos, puede ser liberado debido a la erosión o la intervención de algunos ácidos orgánicos y polisacáridos de origen microbiológico. Muchos de estos ácidos orgánicos con capacidad para erosionar feldespatos, han sido producidos de forma anaerobia por fermentación bacteriana.
Entre los géneros de bacterias que presentan esta capacidad de destruir las estructuras minerales que contienen potasio se encuentran Bacillus, Pseudomonas y Clostridium. Existen hongos que también llevan a cabo estos procesos como Aspergillus y Penicillium.
Microorganismos que transforman el azufre. En los ambientes terrestres, los compuestos organosulfurados más comunes son los sulfonatos y los esteres de azufre, que llegan a constituir aproximadamente el 95% del contenido total de azufre en los suelos. Este proceso se lleva a término por acción de las arilsulfatasas y alquilsulfatasas bacterianas, de gran importancia ecológica y agrícolas. Destacan fundamentalmente las arilsulfatasas, que degradan los sulfonatos aromáticos, liberando sulfato.
Las bacterias de los géneros Pseudomonas y Bacillus, presentan la capacidad de convertir el azufre elemental y el tiosulfato a sulfato, que puede ser aprovechado por las plantas. Asimismo, los hongos del género Aspergillus presentan la capacidad de oxidar el azufre en polvo.
Biofertilizantes. Los biofertilizantes, conocidos también como abonos biológicos, son productos que se obtienen a partir de microorganismos que favorecen y promueven la nutrición y el crecimiento de los cultivos.
El uso de estos productos constituye una buena alternativa en agricultura ecológica sustituye en forma parcial el empleo de fertilizantes químicos. Contribuye a recuperar la biota del suelo.
Inoculantes: Existen dos tipos de inoculantes, aquellos que se encargan del control de enfermedades en las plantas y los que estimulan el crecimiento de los cultivos. Los inoculantes que controlan las enfermedades, así como las plagas son agentes de control biológico, que reducen la necesidad de recurrir a la aplicación de pesticidas y fungicidas (https://innovatione.eu/2019/11/26/microorganismos-del-suelo-2).
Microrganismos que desbloquean el hierro: Actúan de manera específica como agentes quelantes para secuestrar hierro en presencia de otros metales y reducirlo a Fe2+, una forma mucho más soluble y aprovechable para su nutrición. Estas bacterias sideroforas controlan otras bacterias y hongos tipo patógenos (Gerardo A. Aguado–Santacruz, Blanca Moreno– Gómez, Betzaida Jiménez–Francisco, Edmundo García–Moya y Ricardo E. Preciado–Ortiz. 2012).
Tabla 1.- Organismos fijadores de nitrógeno y grupos de plantas con los cuales establecen simbiosis
Mesorhizobium, Bradyrhizobium, Allorhizobium: leguminosas de origen templado y tropical
Azorhizobium: Sesbania (Leguminosa)
Frankia: Alnus, Casuarina, Myrica, Comptonia, Coriairia
Nostoc: hongos, briofitos angiospermas (Gunnera) (Blasia), gimnospermas (Macrozamia) y
Anabaena: pteridofitos (Azolla)
Fuente: APARICIO -TEJO & et al (2008)
Endo y ectomicorrizas, asociaciones simbióticas entre los hongos y las raíces de las plantas vasculares
Micorrizas. Existe cinco tipos de micorrizas (Harley y Smith, 1983), a saber: Ectomicorrizas: Los hongos que las forman, Basidiomicetes y Ascomicetes, desarrollan una espesa capa de micelio sobre la zona cortical de las raíces nutricias de la planta.
Principales características de las micorrizas (Myco UAL, 2022. Universidad de Almería. Departamento de Biología y Geología. España):
- Más del 97% de especies vegetales terrestres están micorrizadas
- Ectomicorrizas (o micorrizas ectotróficas: Son formadoras de manto. fúngico que cubre las raíces, y a partir de él surge una red de hifas intercelulares (red de Hartig) que no penetran en las células del hospedante.
- Endomicorrizas (o micorrizas endotróficas): No forman un manto fúngico ni red de Hartig en la raíz; el micelio puede ser intercelular o intracelular.
- Ectendomicorrizas (o micorrizas ectendotróficas: Se denominan también arbutoides. Presentan manto, red de Hartig y penetración intracelular similar a las ericoides. Se da entre diversas ericáceas (Arbutus, Arctostaphylos, Pyrola) y cistáceas. Los hongos responsables son basidiomicetos.
Mención aparte merecen las micorrizas monotropoides, que se dan entre hongos basidiomicetos y plantas sin clorofila de la subfamilia monotropoideas (fam. Ericáceas), así como en algunas orquídeas. En este caso, la simbiosis entre hongo y planta no supone beneficio para ambos organismos; en cambio, es la planta la que parasita al hongo. Beneficios de la micorrizas:
a. Las micorrizas absorben azúcares de la raíz de las plantas
b. Introducen nutrimentos como el fósforo, nitrógeno, potasio, calcio, azufre, zinc, entre otros en su sistema vascular.
c. Presentan un papel decisivo en la absorción del fósforo mineral, el cual es poco asimilable.
d. Presentan simbiosis o estrecha interacción entre la raíz y micorrizas.
“En esta simbiosis micorrícica, el hongo obtiene un lugar donde vivir y obtiene carbohidratos, mientras que la planta obtiene una mayor capacidad de recibir nutrimentos del suelo y del agua” (Andrade Torres, Antonio. 2022. Asociación planta hongos. Ciencia y tecnología. Universidad Costa Rica). El Dr. Antonio Andrade es el fundador del Instituto de Biotecnología y Ecología Aplicada de México (foto Rafael León). https://www.ucr.ac.cr/noticias/2013/07/26/asociacion-hongo-y-planta- beneficia-a-cultivos.html
e. Tipos de micorrizas y cepas seleccionadas
• Glomus iranicum.
• Rhizophagus irregularis, con aplicaciones de 1 L/ha después del trasplante.
• Glomus aggregatum.
• Glomus mosseae.
• Glomus etunicatum.
• Glomus intraradices.
f. Se estima que, de las 70.000 especies de hongos presentes en el planeta, un 10% pueden establecer la simbiosis micorrícica.
g. La planta se beneficia de los nutrientes tomados por el hongo del suelo. Por ejemplo, elementos como el P, Z y otros, además de protegerla y estimularla y ser una extensión de la raíz inclusive para mejorar la toma de agua.
Ventajas de las Micorrizas hongos del suelo
• Promueven el crecimiento de las raíces
• Mejoran la resistencia de la planta en caso de estrés hídrico
• Exploran mejor el suelo facilitando la toma de nutrientes como el; N, P, K, Ca, Fe, Mn, Cu y Zn.
Ventajas Sanitarias
• Disminuyen la incidencia de hongos patógenos de las raíces como Alternaria solani y Phytophthora capsici, además, de nemátodos
como Meloidogyne incognita, de esta forma reduce enfermedades en las plantas.
• Aumenta la supervivencia de las plantas cuando se establecen en ambiente extremos como la escasez de agua, la salinidad, la acidez del suelo, y la toxicidad de metales pesados.
• Incrementar la sobrevivencia y la reproducción de las plantas, tanto en la naturaleza como en las plantas cultivadas
• Favorece la formación de microagregados del suelo, por lo tanto, mejora su estructura
• Es compatible con sistemas agroecológicos
h. Incrementa la productividad y desempeño agronómico de las especies, pues estas crecen con mayor vigor y alcanzan mejores tallas.
i. El tronco con el xilema y floema: conduce y transloca agua y nutrimentos (sabia bruta – sabia elaborada)
i. El follaje: Gracias a los estomas realiza el proceso fotoquímico, absorbe las ondas de luz …… que es energía solar, que con la presencia de los reactivos 6CO2 (seis moléculas de dióxido de carbono) y 6H2O (seis moléculas de agua) más la energía solar produce el reactante o producto C6H12O6 (glucosa) que es el mayor producto que le da vida a la planta. Como resultado de esta reacción estequiometrica la energía que entro y que ahora en parte esta almacenada como glucosa (almidón, glucosa y azúcar) ahora le toca devolver-expulsar- parte de esa energía al ecosistema, en forma de calor que se expresa en CO2 y H2O (dióxido de carbono y agua). Es el intercambio gaseoso, atmosfera, planta, atmosfera.
Reacción y Calculo estequiométrico de la fotosíntesis: Estequiometria del almidón. El almidón es un polisacárido que comprende monómeros de glucosa unidos en enlaces a 1,4. (C6H10O5)n
C = 12.01 x 6 = 72.06 / 162.135 = 0,0444444444 x 100 = 44,4444444%
H = 1.008 x 10 = 10.08 / 162.35 = 0,0628808131 x 100 = 6,20880813%
O = 15.999 x 5 = 79.995 / 162.35 = 0,4927317524 x 100 = 49.2731752%
Estequiometria de la glucosa:
Reactante o reactivos Energía luminosa Productos Desecho
6CO2 + 6H2O ………………> C6H12O6 + 6O2
1 = C = 6
2 = H = 12
3 = O = 8
Glucosa balanceada;
6 = C = 6
12 = H = 12
18 = O = 18
C6H12O6:
C = 12.011 x 6 = 72.066 / 180,096 = 0,4001532516 x 100 = 40,01532516%
H = 1.008 x 12 = 12,096 / 180,096 = 0,0671641791 x 100 = 6,71641791%
O = 15,999 x 6 = 95,994 / 180,096 = 0,5330157249 x 100 = 53,30157249%
180,096 uma; g/mol o PM
Estequiometria de la azúcar: La sacarosa o sucrosa es un disacárido formado por glucosa y fructosa. Su nombre químico es a-D-Glucopiranosil - - ß-D- Fructofuranósido, y su fórmula es C12H22O11. Es un disacárido que no tiene poder reductor sobre el reactivo de Fehling y el reactivo de Tollens.
Azúcar (C12H22O11): La sacarosa o sucrosa (del inglés sucrose) es un disacárido formado por glucosa y fructosa.
Su nombre químico es a-D-Glucopiranosil - (1?2) - ß-D-Fructofuranósido,2 y su fórmula es C12H22O11.
Es un disacárido que no tiene poder reductor sobre el reactivo de Fehling y el reactivo de Tollens.
El cristal de sacarosa es transparente, el color blanco es causado por la múltiple difracción de la luz en un grupo de cristales.
El azúcar común o azúcar de mesa es el edulcorante más utilizado para endulzar los alimentos y suele ser sacarosa sin purificar. En la naturaleza se encuentra en un 20 % del peso en la caña de azúcar y en un 15 % del peso de la remolacha azucarera, de las que se obtiene el azúcar de mesa. La miel también es un fluido que contiene gran cantidad de sacarosa parcialmente hidrolizada.
(C12H22O11):
C = 12,011 x 12 = 144,132 / 342,297 = 0,3334297408 x 100 = 33,34297408%
H = 1,008 x 22 = 22,176 / 342,297 = 0,06478584387 x 100 = 6,478584387%
O = 15,999 x 11 = 175,989 / 342,297 = 0,5141412282 x 100 = 51,41412282%
342,297 uma; g/mol o PM
4. EL SUELO (tercer cerebro con sus extensiones)
Ante todo, al suelo debemos considerarlo como un organismo vivo. De la salud de este depende la productividad agrícola. Por tanto, el suelo es:
a. El lugar de la meteorización de distintas rocas. Lugar que a través de los miles de años se va formando nuevos suelos
b. El sostén de la planta
c. El aporte de agua, nutrimentos
d. El aporte de diversidad de poblaciones y especies de macroorganismos y microorganismos
e. El sostén de la materia orgánica
f. El aporte del agua y oxigeno (esta entre los espacios porosos realiza las reacciones químicas de solubilización de minerales-nutrimentos naturales y sintético
3.1. Microbiota del suelo
a. Macrófagos (lombrices, gasterópodos, insectos, saprófagos, …) entran en acción para triturar, masticar y digiere el material vegetal. Al final desechan y lo transforman en materia orgánica y nutrimentos.
b. Los microrganismos fitófagos
c. Microorganismos zoófagos
d. Microorganismos sideróforos
Uno de los peores errores, del cual todavía se practica es, que después de la cosecha se quema de la vegetación. Aquí de una sola acción estamos quemando, destruyendo el 90% de la microbiota que se encuentra dentro de los primeros 35 cm de profundidad del suelo. Esto produce disbiosis y muerte microbiana.
5. EL HOMBRE (cuarto cerebro)
El hombre (el señor agricultor) es quien dirige o maneja el funcionamiento de los anteriores cerebros. Por tanto, de nosotros depende la vida, salud, productividad y longevidad del suelo.
Queda claro que no debemos desvalorizar la eficiencia y efectos de los microorganismos en la calidad del suelo, agua, desbloqueo de nutrimentos, tracto digestivo de animales, el hombre y rendimiento agrícola.