El Dr. Fabricio Cassán propone un enfoque diferente a las estrategias de uso de los bioestimulantes agrícolas. Para explicarlo, compara dos alimentos comerciales para nutrición humana, muy parecidos en su composición, pero que declaran diferencias funcionales.

“A nivel de nutrición humana dos alimentos pueden ser similares respecto de su etiqueta nutricional, presentando casi exactamente el mismo contenido de proteínas, grasas totales, hidratos de carbono y otros compuestos y, aun así, indicar diferencias funcionales”.

Uno de los productos afirma funcionar como probiótico porque aporta uno o más microorganismos orientados a mejorar el funcionamiento gastrointestinal y la asimilación de nutrientes. El otro se describe como prebiótico al presentar compuestos orientados a facilitar que los microorganismos del alimento ejerzan una función biológica particular. Otros productos en el mercado ofrecen cumplir las dos funciones e, incluso, tener un efecto ‘barrera’, al reforzar la mucosa intestinal.

La alimentación humana saludable incorpora alimentos funcionales –preventivos– como estrategia para evitar el uso de medicamentos o tratamientos paliativos.

“Si un niño se alimenta con un yogur normal, este aportará a su crecimiento y desarrollo, pero si ingiere alimentos funcionales, esos productos lo ayudarán en la prevención de enfermedades. Estos elementos los podemos trasladar directamente a las plantas, porque –conceptualmente– es lo mismo”, determina Cassán.

Clasificación de los bioestimulantes vegetales

“A través de la fertilización aseguramos la provisión de ciertos elementos minerales que las plantas necesitan para crecer. Pero si, además, incorporamos prebióticos y probióticos dentro del sistema de manejo, podemos prevenir un impacto directo –a nivel sanitario– del cultivo o facilitar la absorción y asimilación de nutrientes por parte de las plantas. Esa es la definición que hoy –en términos generales– se aplica a los bioestimulantes”.

Si bien existen diversas maneras de clasificar a los bioestimulantes, para su enfoque, Cassán los agrupa desde el punto de vista funcional. Dentro de la categoría de los bioestimulantes también se puede distinguir entre probióticos y prebióticos.

“En esta clasificación de uso, no normativa, los dividimos en bioestimulantes de origen microbiano y no microbiano, con los extractos de algas, los hidrolizados de proteínas, los polímeros, etc., dentro de la categoría de ‘no microbiano’”.

“Según su funcionalidad, los bioestimulantes de origen microbiano serían los probióticos y los productos de la categoría ‘bioestimulantes no microbianos’ funcionarían como prebióticos. Entonces, la pregunta es, ¿pueden los ‘no microbianos’ mejorar o activar a los probióticos? Ya sean los microorganismos que se incorporan a los cultivos o los que interactúan naturalmente en el suelo –con las plantas– como parte de su microbioma”.

En el mercado estos segmentos presentan distintos niveles de adopción y velocidades de crecimiento. Los bioestimulantes basados en microorganismos son el segmento de mayor crecimiento en el mercado, tanto en la categoría de biocontrol como en la de promoción del crecimiento; pero los bioestimulantes basados en sustancias –algas marinas, aminoácidos, ácidos húmicos y fúlvicos– concentran hoy la mayor parte del mercado. Esto ocurre en un contexto global de aumento sostenido en la utilización de bioestimulantes en agricultura.

La definición de bioestimulante es semejante en los distintos países, sin embargo, respecto de su aplicación, los bioestimulantes pueden ser recomendados, no solo apuntando a la planta, sino también en el suelo y a la rizosfera. Explica Cassán que, “bajo ciertas condiciones conviene cambiar el foco del tratamiento bioestimulante y apuntar al suelo -en vez de a la planta- como objetivo de la aplicación. Tanto el suelo como la rizosfera pueden ser considerados como objetivos dentro de la clasificación de los bioestimulantes”.

Qué es la rizosfera y en qué se diferencia del suelo

Para entender cuál es la diferencia entre rizosfera y suelo no rizosférico, se deben establecer algunas definiciones. “La rizosfera es una parte anormal del suelo, no es suelo común, porque la rizosfera es la fracción de suelo que recibe la influencia directa de las raíces de las plantas, ya que las plantas liberan exudados radicales. Pero, por lo general, a estos exudados solo se les considera como parte de la materia orgánica del suelo”.

Es así que la rizosfera se diferencia del suelo no rizosférico tanto por sus características físicas y químicas como biológicas. Esto es, en función de lo fotoasimilados exudados presenta una mayor densidad de micro y macroorganismos, una mayor estabilidad física y química (agregación de suelo) y una mayor disponibilidad de nutrientes.

“La rizosfera es una batería de moléculas y compuestos -de origen químico- con la capacidad de modificar la composición y la funcionalidad de lo que se asocia a la planta en el suelo. Entonces, la rizosfera se diferencia del suelo natural por la influencia que recibe directamente de la planta y es una zona que mantiene mucha vida, pero no en el sentido de alta diversidad de especies, sino por la gran actividad biológica, precisa el investigador.

Se estima que la planta libera cerca de dos tercios de lo que logra fotosintetizar por la vía de los exudados radiculares. “Desde el punto de vista de la economía del carbono, lo interesante está en por qué una planta comparte gratuitamente en el suelo una gran parte de los fotoasimilados que necesita para su desarrollo”, afirma Cassán.

Una teoría apunta a la coevolución. “Las plantas resolvieron que liberando materia orgánica al suelo son capaces de incrementar o sostener la vida en el suelo, condición que le puede resultar útil o importante durante su ciclo”. Así, las plantas –que en principio evolucionaron en el agua– cuando hace 400 millones de años migraron al sistema suelo del ambiente terrestre, lo hicieron junto a muchas especies de microorganismos y aprendieron a convivir y a beneficiarse mutuamente.

“De la misma manera que nosotros hemos aprendido a convivir con muchos microorganismos que nos aportan ciertas funciones clave para nuestra vida”.

La rizosfera presenta una mayor densidad de microorganismos, una mayor estabilidad física y química (agregación del suelo) y una mayor disponibilidad de nutrientes.

Cassán grafica que las plantas funcionan como bombas de carbono “Están permanentemente tomando el carbono de la atmósfera e incorporándolo en el suelo, en circunstancias en que el cambio climático, por la emisión de gases de efecto invernadero y el consecuente desbalance del ciclo del carbono, nos tiene buscando estrategias para devolver el carbono al suelo. Permite concluir que la agricultura, bien manejada, podría posicionarse como una alternativa para la solución del problema”.

En la tabla 1 de compuestos identificados en los exudados radiculares se observa la diversidad de sustancias que liberan las raíces. “Para cualquier microorganismo que vive cerca de la planta es como el ‘buffet’ de un restaurante donde va a encontrar todo lo que necesitan para vivir. Y esos microorganismos han incorporado –evolutivamente– que viviendo cerca de una planta tendrán beneficios”.

Compuestos orgánicos liberados por las raíces de las plantas

Entonces, las plantas bioestimulan la rizosfera y logran un enriquecimiento selectivo de la microbiota edáfica, incrementando su actividad biológica. “Ahora, debemos entender cómo ese proceso lo podemos transformar en tecnología. Es decir, en una herramienta agronómica que podamos manejar y utilizar en agricultura”.

Enriquecimiento en tres pasos de la rizosfera

Del proceso de enriquecimiento en tres pasos de la rizosfera, Cassán destaca la importancia de la diversidad del suelo no rizosférico.

“Es clave mantener la biodiversidad de los suelos, porque a partir de esos distintos grupos microbianos que lo habitan, la planta elegirá con cuáles interactuar en la rizosfera, donde, a partir de los exudados de la planta, se generan las condiciones químicas, de oxígeno, pH, etc., por las que solo las especies elegidas se podrán multiplicar”. Es decir, si bien en la rizosfera hay más microorganismos totales, corresponderán solo a las especies que se adaptan a las condiciones impuestas por la planta. Ya a nivel de endorizosfera, son todavía menos especies, con funciones particulares, a las que se les permitirá colonizar los tejidos de la planta, ascender por el xilema y distribuirse en todo el cuerpo vegetal.

La importancia de la raíz para el desarrollo de las plantas

Como las plantas están ancladas al suelo o sustrato, han debido evolucionar y adaptarse y se relacionan con el ambiente de forma más compleja que nosotros. “Por lo general los agrónomos, enfocados en la producción, asignan una gran importancia a la parte aérea, pero muchas veces lo que está debajo, sin pretender discutir la importancia de procesos como la fotosíntesis, es tan importante o más que lo de arriba”, explica Cassán.

“La raíz tiene un gran impacto en la vida y supervivencia de las plantas, así como en la productividad de los cultivos; sin embargo, es considerada como la ‘mitad oculta…’”, (Waisel et al., 2002). Entre otras cosas, las raíces son responsables de controlar el estado hídrico de la planta, la nutrición mineral y las interacciones bióticas con el ‘suelo vivo’.

A finales de la década de 1930, Howard J. Dittmer (EE.UU.) examinó el sistema radical de una planta de centeno de 16 semanas de crecimiento y calculó que tenía 13.000.000 de ejes de raíces primarias y laterales, las que extendidas en línea alcanzarían cerca de 500 km de longitud o una superficie de 200 m².

Esa planta de centeno también tenía 1 × 10¹⁰ (10.000.000.000) de pelos radiculares, proporcionando 300 m² adicionales de superficie. Lo que da un total de 500 m² de superficie de absorción (similar a una cancha de básquet).

El número de pelos radiculares puede variar desde 20-500 por cm² –en las raíces de los árboles– hasta 25.000 por cm² en el centeno de invierno. Si bien la forma y distribución de los sistemas radicales varía entre las especies, se mantienen las mismas funciones.

Los pelos radicales son células epidérmicas modificadas –no son raíces verdaderas– que tienen una superficie de absorción y de exudación de 10-20 veces mayor a otras células de la epidermis.

Para ser considerado una raíz, el pelo radicular tendría que salir de un meristema, por lo que, según Cassán, en realidad corresponde a una célula epidérmica y no a una raíz como tal.

“Se habla de la bioestimulación del sistema radical cuando se aplica fitohormonas para potenciar el crecimiento de las raíces. Si bien muchos bioestimulantes actúan desarrollando nuevas raíces, no actúan sobre la cantidad de pelos radiculares. Por ejemplo, las auxinas no inciden en producir más pelos, sino que en la elongación de estos”, indica.

Pelos radiculares y ‘hot spots’

Según Zhang et al. (2019), la presencia de pelos radiculares coincide espacialmente con los ‘hot spots’ o puntos calientes de la rizosfera. Según Yacov Kuzyakov, los puntos calientes son pequeños volúmenes de suelo con mayores tasas asociadas a procesos biológicos e interacciones más intensas que aquellas observadas en las condiciones promedio (o normales) del suelo.

Los momentos calientes, en tanto, son eventos o secuencias de eventos a corto plazo que inducen tasas de procesos aceleradas en comparación con aquellas observadas en condiciones promedio (normales).

“Los puntos calientes son los lugares de las raíces donde hay más actividad biológica. Es donde los microorganismos están más activos por la mayor cantidad de exudados en función del incremento de superficie que aportan los pelos radiculares. Esto nos parece tan importante que estamos estudiando qué se libera, en qué momentos y para qué. Cada vez comprendemos más el patrón espacial y metabólico asociado a los puntos calientes y sabemos que hay diferencias a lo largo de la raíz para la liberación de exudados (metabolitos)”, señala el investigador.

Una precisión importante: los pelos radicales son células epidérmicas modificadas, no raíces verdaderas.

En la publicación Cell Host & Microbe, Loo et al. (2024) muestran que las plantas de Arabidopsis seleccionan los microorganismos que colonizan sus raíces regulando la liberación de diferentes azúcares.

Loo y sus colaboradores desarrollaron dos sistemas de crecimiento para definir la organización espacial de la microbiota y los metabolitos a lo largo del eje longitudinal de la raíz de la planta modelo Arabidopsis thaliana.

Los autores confirmaron que los transportadores de azúcar SWEET contribuyen a la distribución de azúcares (y otros metabolitos) a lo largo de la raíz, lo que es necesario para la organización espacial de las bacterias a nivel radicular.

Reclutamiento y nutrición

“Desde hace más de 50 años sabemos que la simbiosis rizobio-leguminosa inicia con el reclutamiento. Su nutrición depende de eso y es importante considerar que el área de diferenciación es clave, en las distintas zonas de la raíz, no solo para la absorción de nutrientes, sino también para la liberación de exudados radiculares. Hoy no solo sabemos que las plantas liberan exudados a través de las raíces, sino qué compuestos liberan y dónde, lo que nos va dando pistas para transformar ese conocimiento en tecnología”, apunta.

Cuando detecta falta de nitrógeno, ejemplifica Cassán, la planta de soja libera flavonoides, moléculas que provocan cambios significativos en la expresión génica de la bacteria.

“La bacteria comienza a producir factores NOD (factores de nodulación), para señalar a la planta que es un rizobio que fija nitrógeno. En respuesta, la planta desactiva mecanismos de resistencia a la patogenicidad, de modo que el rizobio entra en los tejidos de la planta, produce un nódulo y comienza a fijar nitrógeno”.

Las estrigolactonas son el equivalente a los flavonoides para las micorrizas. La planta las produce y envía como señal al ambiente edáfico. En este caso, recibe en respuesta un ‘mic-factor’, que le señala la presencia de un hongo que solubiliza fósforo, para luego establecer la relación simbiótica.

Estrés biótico, ‘cry for help’ y supresión

Las plantas, asimismo, reclutan microorganismos de la rizosfera ante un estrés biótico.

Liu et al. (2020, New Phytologist) mostraron que las plantas responden a los diferentes tipos de estrés modulando su microbioma y que una infección modifica el perfil de exudados.

“Este trabajo, destaca Cassán, proporciona evidencia de que mediante la modulación de su sistema inmune las plantas de trigo reclutan a la especie bacteriana Stenotrophomonas rhizophila SR80 para contrarrestar el ataque de la especie de hongo patógeno Fusarium pseudograminearum”.

Infectaron algunas plantas de trigo con fusarium y a otras no para determinar hacia dónde se movería la bacteria. Descubrieron que se desplazaban hacia las plantas infectadas.

¿Por qué a las plantas infectadas? Porque las plantas infectadas enviaban señales a la rizosfera para que Stenotrophomonas las colonizara.

Según Mendes et al. (2011), las plantas pueden reclutar y favorecer comunidades microbianas específicas de la rizosfera capaces de contribuir a la supresión de un patógeno.

Este fenómeno constituye una de las bases del concepto conocido como ‘cry for help’ o ‘llamada de ayuda’, mediante el que la planta favorece la asociación con microorganismos beneficiosos que contribuyen a su protección fitosanitaria (suelo supresivo).

Reclutamiento contra estrés abiótico

Explica Cassán que el concepto de ‘cry for help’ también se aplica a condiciones de estrés abiótico.

Cuando una planta detecta condiciones ambientales desfavorables comienza a exudar un arsenal químico a la rizosfera con el objetivo de reclutar microorganismos que la ayuden a sobreponerse a la condición de estrés.

“Ya estamos en la etapa de entender qué moléculas son importantes para producir el reclutamiento. Podríamos usar, por ejemplo, la prolina o un flavonoide para desarrollar un producto que –aplicado a la planta– la ayude a reclutar los microorganismos que necesita para sobrellevar una condición ambiental desfavorable”.

En el mercado se comienza a ver más especificidad. Hay bioestimulantes en base a una, dos o tres moléculas, ahora enfocados en roles mucho más específicos para situaciones también más concretas.

Los microorganismos también modifican el desarrollo de las plantas

Indica el científico que, además, existen señales químicas –no relacionadas con situaciones de estrés– que inciden en la planta a nivel de su crecimiento y desarrollo. Dicho de otro modo, los microorganismos de la rizosfera son capaces de alterar los hábitos de crecimiento de las plantas.

Las señales químicas en la rizosfera se mueven en diferentes sentidos:

1. De la planta a los microorganismos.

2. De los microorganismos a la planta.

3. Entre los microorganismos.

“O sea, las señales se mueven de la planta a las bacterias y de las bacterias a la planta, pero, además, entre bacterias que se asocian y adoptan estrategias conjuntas en favor de la planta”, explica.

Las interacciones entre los exudados radiculares, el microbioma de la rizosfera y la fisiología de la planta modifican la cantidad y tipo de bacterias de la rizosfera, pero también el fenotipo de la planta. Esta interacción ocurre a través de complejos mecanismos de señalización.

“En un estudio –Venturi and Keel, 2016– probaron que entre los muchos compuestos que producen los exudados radiculares, hay aminoácidos como el triptófano, precursor de la síntesis de auxina. Observaron que cuando el microbioma asociado a la planta convertía el triptófano en auxina, modulaba en la planta el momento de floración”.

Es decir, además de considerar variables tales como el fotoperíodo, la planta también analiza la composición del microbioma.

“Exuda triptófano y si a cambio recibe ácido indol-3-acético (AIA), su análisis de la rizosfera es X; pero si a cambio no recibe AIA, su análisis de la rizosfera es Y. Esa ‘toma de decisión’ de la planta permite entender la importancia de esta molécula para el diálogo molecular”, destaca el científico.

Una molécula de alto impacto

“El ácido indol-3-acético es una molécula fantástica. Los extractos de algas contienen AIA y tanto plantas como bacterias producen AIA”, subraya Cassán, para quien el ácido indol-3-acético, una auxina natural, es un ejemplo de molécula de alta actividad biológica y capacidad de reclutamiento.

Asimismo, señala a Azospirillum como un modelo de rizobacteria productora de AIA de gran incidencia en la rizosfera y en el desarrollo de la raíz.

“Azospirillum produce una gran cantidad de AIA, lo que acorta la longitud de la raíz principal de la planta e incrementa el número de raíces laterales, aumentando la masa radicular total y el área de absorción. Sin embargo, como los pelos radicales no dependen del AIA, sino de un mecanismo de contacto, para aumentar el número de pelos radiculares se necesita que la bacteria –viva y metabólicamente activa– entre en contacto con las raíces y dispare la generación de pelos”.

El AIA también induce cambios fisiológicos en las propias bacterias, incluyendo la síntesis de más AIA –por ‘feed-forward’ positivo– y activación génica y metabólica de otras bacterias.

Es decir, el ácido indol-3-acético también funciona como señalización bacteria-bacteria o reclutamiento, en que una bacteria percibe AIA y comienza a producir AIA o aumenta su producción de AIA.

Por lo que esta molécula es clave, no solo para la comunicación planta-bacteria y bacteria-planta, sino además bacteria-bacteria.

Herramienta clave para la nueva agricultura

“Hoy contamos con muchos productos biológicos, en la categoría bioestimulante, que nos permiten incidir en el microbioma y la rizosfera, lo que nos aporta grandes ventajas”.

El investigador afirma que ya se han descubierto muchas moléculas de alta actividad biológica y capacidad de reclutamiento y que cada vez aparecen más.

Entre otras moléculas, el Dr. Fabricio Cassán destaca al ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC), la prolina y los flavonoides, todas de alto potencial para transformarse en herramientas de manejo agronómico.