Proyectos como TRIBIOME están realizando validaciones concretas de cepas microbianas con el objetivo de mejorar el cultivo de trigo abarcando desde ensayos in vitro en laboratorio hasta demostraciones en campo

El incremento constante de la población, junto con los efectos adversos del cambio climático, son desafíos globales que apremian a nuestra sociedad a buscar soluciones innovadoras para la agricultura. En este contexto, se requiere de enfoques que promuevan el desarrollo, la industrialización y el establecimiento de tecnologías sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.

El rápido crecimiento de la población, sumado a los efectos adversos del cambio climático, constituye uno de los mayores desafíos globales a los que la sociedad enfrenta hoy en día, según el Informe sobre las Perspectivas de la Población Mundial Naciones Unidas de 2022. Esto puede desembocar en una crisis de seguridad alimentaria sin precedentes. Por este motivo, es urgente explorar y adoptar nuevos enfoques agrícolas que integren el desarrollo e industrialización de tecnologías sostenibles y respetuosas con el medio ambiente. Estas estrategias buscan aumentar la producción primaria, al tiempo que impulsan una economía con menor dependencia de recursos fósiles, fomentando el uso de energías y materias primas renovables.

La bioeconomía propone principios basados en la circularidad mediante la producción de productos y energía a partir de recursos biológicos renovables, como los residuos agrícolas. Actualmente, se están dedicando grandes esfuerzos en la búsqueda de productos biológicos destinados a la fertilización y salud vegetal, pero todavía existe una baja diversidad de productos industrializados y disponibles a precios competitivos en el mercado para abastecer la creciente demanda y las directrices europeas.

La aplicación de PGPMs supone una estrategia clave para aumentar los rendimientos de producción del trigo de manera sostenible. Esta estrategia se alinea directamente con los objetivos de la iniciativa Farm to Fork (de la granja a la mesa) impulsada por la Unión Europea dentro del Pacto Verde Europeo. La estrategia 'Farm to Fork' tiene como objetivo transformar el sistema alimentario de Europa en un modelo más sostenible. Esta iniciativa busca reducir el impacto ambiental de la agricultura, promover el uso de prácticas sostenibles y mejorar la salud pública mediante una alimentación más saludable y segura. Uno de los pilares clave de esta estrategia es la reducción del uso de fertilizantes químicos en un 20% para 2030.

Este enfoque tiene un impacto directo tanto en la reducción de costes para los agricultores como en la mitigación del impacto ambiental asociado al uso excesivo de fertilizantes. Las ventajas del reemplazo gradual de fertilizantes químicos con PGPMs incluyen así una mayor eficiencia en el uso de fertilizantes. Esto se debe a que los microorganismos juegan un papel fundamental en la disponibilidad de nutrientes esenciales como el nitrógeno y el fósforo, lo que permite reducir la cantidad de fertilizantes que se aplican. Esta reducción no solo conlleva un ahorro económico significativo para los agricultores, sino que también contribuye a disminuir la contaminación del suelo y los acuíferos.

Asimismo, los microorganismos promotores del crecimiento vegetal pueden redundar en una mejora de la salud del suelo. Al reducir el uso de productos químicos y fomentar una mayor biodiversidad microbiana, se mejora la estructura del suelo a largo plazo, lo que contribuye a su regeneración y aumenta su capacidad para retener agua y nutrientes. Además, una disminución en el uso de fertilizantes conlleva una reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero asociados con su producción y aplicación. También se minimiza el riesgo de eutrofización en ríos y lagos debido a la escorrentía de estos productos.

Los PGPM son bacterias, hongos y otros microrganismos que interactúan con las plantas de manera simbiótica. Se ha observado que estos microorganismos son capaces de aumentar la disponibilidad de nutrientes y favorecer su absorción por la planta, además de inducir resistencia frente a estrés (por ejemplo, salinidad, sequía, etc.). Esto se debe a su potencial para fijar nitrógeno, movilizar fósforo o facilitar la captación de hierro. Además, son capaces de liberar o inducir la producción de moléculas en la planta que estimulan su crecimiento o que están implicadas en la respuesta frente a estrés.

Los mecanismos de acción que emplean para favorecer el crecimiento vegetal incluyen la fijación de nitrógeno. Ciertas bacterias, como las del género Azospirillum y Rhizobium, pueden fijar el nitrógeno atmosférico y convertirlo en formas utilizables por las plantas. Este proceso disminuye la necesidad de fertilizantes nitrogenados, ya que parte de las necesidades de nitrógeno del trigo son cubiertas naturalmente.

Además, entre los mecanismos de acción se engloba la solubilización de fósforo y otros nutrientes. A este respecto, algunas bacterias y hongos, como Pseudomonas y Bacillus, actúan sobre los compuestos insolubles del suelo, liberando fósforo y otros nutrientes que las plantas no pueden absorber por sí mismas. Esto significa que el uso de fertilizantes fosfatados puede reducirse al optimizar la biodisponibilidad de estos compuestos en el suelo.

Asimismo, ciertos microorganismos promueven la producción de fitohormonas, como las auxinas, que estimulan el desarrollo de las raíces del trigo. Un sistema radicular más fuerte y profundo permite que la planta absorba más eficientemente el agua y los nutrientes, lo que se traduce en un crecimiento más vigoroso y una mejor resistencia a condiciones adversas.

Adicionalmente, algunos hongos micorrícicos y bacterias promotoras del crecimiento vegetal fortalecen la resistencia de las plantas frente a enfermedades del suelo y condiciones de estrés, como la sequía o la salinidad.

También resaltan los efectos rápidos y muy eficaces de los fertilizantes químicos, que, sin embargo, son poco duraderos y de los que parte no se aprovechan y acaban acumulándose, filtrándose y produciendo contaminación de acuíferos. Por otro lado, los microorganismos tienden a trabajar de forma gradual y acumulativa, lo que requiere una visión a largo plazo para poder comprobar sus efectos beneficiosos.

La implementación inicial de estas tecnologías puede ser más costosa y compleja, especialmente en áreas donde estos productos no están fácilmente disponibles. Sin embargo, su establecimiento en suelo permite reducir los costes de fertilización a largo plazo.

La adopción de nuevas tecnologías implica que los agricultores deben recibir capacitación adecuada para entender y manejar de forma efectiva los microorganismos.

Una parte fundamental del proyecto es la integración de la economía circular en la producción de los microorganismos, un enfoque que busca maximizar el uso de recursos y minimizar el desperdicio. En este contexto, los residuos agrícolas, particularmente los desechos generados durante la cosecha de trigo se han transformado en una valiosa fuente de materia prima para el crecimiento de las cepas microbianas seleccionadas.

Estos azúcares sirven como un sustrato nutritivo ideal para el cultivo de microorganismos de interés, y que en última instancia tienen la capacidad de potenciar el crecimiento de las plantas. Al utilizar estos azúcares derivados de los residuos, se crea un ciclo sostenible en el que los subproductos de la cosecha se reutilizan de manera eficiente, minimizando así el impacto ambiental asociado a la eliminación de residuos.

Este enfoque también fomenta la creación de una cadena de valor en la que los agricultores no solo generan productos alimenticios, sino que también obtienen beneficios adicionales a través de la producción de microorganismos que pueden ser utilizados en agricultura. Este modelo no solo reduce el desperdicio agrícola, sino que también ofrece nuevas oportunidades económicas, al transformar lo que antes se consideraba un problema de gestión de residuos en una fuente de ingresos adicional y sostenible para los agricultores.

Actualmente, se están llevando a cabo diversos ensayos de validación para asegurar su efectividad en la promoción del crecimiento del trigo (Figura 2). Estos ensayos consisten en diferentes fases: ensayos in vitro, ensayos en maceta y ensayos en campo.

En cuanto a los ensayos in vitro, se realizó un cribado de los microorganismos a través de una plataforma de alto rendimiento de ensayos de bioactividad en placa, determinando sus capacidades de movilización de nutrientes y resistencia frente a condiciones de estrés. Los microorganismos fueron expuestos a semillas de trigo in vitro en ensayos de desarrollo vegetal para evaluar su capacidad de mejora de parámetros de crecimiento y desarrollo vegetal.

En la etapa de ensayos en maceta se está evaluando el efecto de los productos basados en microorganismos de TRIBIOME en el desarrollo del trigo en un entorno controlado en invernadero, más próximo a las condiciones reales.

Finalmente, los productos de TRIBIOME más prometedores se validarán en condiciones reales de cultivo. Estos estudios permitirán confirmar que los productos basados en microorganismos no solo son efectivos en condiciones controladas, sino que también contribuyen a mejorar el rendimiento en entornos productivos, promoviendo la reducción en el uso de fertilizantes convencionales.

Además, el enfoque de economía circular, que aprovecha los residuos de trigo para el cultivo de microorganismos, contribuye a la minimización del desperdicio asociado a esta producción y genera nuevas oportunidades económicas para los agricultores. El avance de las tecnologías en el contexto del proyecto TRIBIOME facilitará el perfeccionamiento continuo de estas herramientas y la ampliación de sus aplicaciones. Esto no solo mejorará el cultivo de trigo, sino también beneficiará el crecimiento de otros cultivos en el futuro.

La efectividad de los microorganismos depende de factores como la temperatura, el pH y la humedad del suelo, lo que puede limitar su uso en climas extremos o en suelos muy degradados