Las plantas que están constantemente expuestas al ataque de patógenos e insectos y no pueden alejarse de las amenazas han desarrollado un sistema defensivo altamente eficiente que les ha permitido prosperar y dominar el mundo durante millones de años, a través de una compleja, amplia y aún no del todo conocida estrategia defensiva, en base a miles de moléculas que les permite repeler o eliminar patógenos, o adaptarse y resistir situaciones adversas del entorno.

Como una primera línea defensiva, las plantas usan un mecanismo preventivo a través de moléculas llamadas fitoanticipinas, que están almacenadas en la planta sin mediar una amenaza, ya sea en la pared celular, la cutícula y la epidermis, actuando como barreras químicas y físicas. En una segunda línea defensiva, las plantas usan compuestos que actúan como señal de aviso para inducir una respuesta defensiva, elicitores o fitoalexinas, que son producidas en respuesta al daño o amenaza a la planta y pueden ser producidos por las plantas o por microorganismos. Existen dos vías de respuesta en esta fase: la resistencia sistémica adquirida (RSA) y la resistencia sistémica inducida (RSI).

En la RSA la planta reacciona al ataque biológico con su arsenal antioxidante, causando necrosis localizada de tejidos y la muerte del patógeno. Luego restablece el equilibrio fisiológico mediante el ácido salicílico (AS), que regula la respuesta inmune frente a patógenos biotróficos, es decir, a aquellos que necesitan tejidos vivos para completar su ciclo de vida como, por ejemplo, los diferentes tipos de oídio, el cáncer bacterial, Phytophtora sp y Verticillium sp. Para este tipo de patógenos es necesario mantener a la planta en condiciones de completa fotosíntesis, sin deficiencias nutricionales y cargada de antioxidantes defensivos, porque las plantas en crecimiento son ricas en energía, tienen un pH balanceado y alta acumulación de metabolitos secundarios que la hacen no atractiva para plagas y patógenos.

En la RSI la respuesta inmune es iniciada por microorganismos auxiliares (PGPR). Involucra fitohormonas como el ácido jasmónico (AJ) y el etileno (ET). Este mecanismo se activa cuando el ataque es por patógenos necrotróficos que causando tejido muerto durante la infección, y también contra plagas herbívoras, en que algunos fenoles de las plantas que se oxidan en el intestino de los insectos masticadores generando quinonas tóxicas que causan que el insecto deje de alimentarse. Algunos patógenos necrotróficos son Botritis sp, Sclerotinia sp, Fusarium sp, Alternaria sp. y Pythium sp. Para evitarlos trabajamos con el microbioma auxiliar en suelo y foliar como, por ejemplo, Bacillus subtilis y Trichoderma spp

Todas estas moléculas, AS, AJ, ET y otras más como los brasinoesteroides, son los mensajeros que inducen la acumulación de los metabolitos secundarios como glucosinolatos, fitoalexinas, etc., en la zona de ataque de los patógenos para detener su crecimiento y controlar el daño.

Junto con esto, las plantas realizan un reclutamiento de microorganismos a través de diferentes combinaciones de exudados radiculares dependiendo del tipo de estrés que las afecta. Es así que en situaciones de estrés abiótico la planta puede “cultivar” microorganismos para inducir la síntesis de colina y glicinabetaína. Otros ejemplos son Pseudomona fluorescens, que produce antibióticos específicos como poliquétidos (eritromicina, aflatoxina, azafilonas); Bacillus subtilis y Bacillus amyloliquefasciens que producen lipopéptidos cíclicos (surfactina, iturrina, fengicina) que actúan como detergentes biológicos; y Pseudomona aeruginosa, que produce fenacinas que inhiben el crecimiento de hongos patógenos, entre otros.

Hasta ahora, sabemos que la respuesta defensiva de las plantas se realiza por distintos medios a través de la producción de compuestos orgánicos volátiles (VOC) y mediante exudados radiculares por vía suelo, regulados mediante la acción de hormonas específicas como AS, ET y AJ, y también de la fitomelatonina o melatonina (MEL) vegetal. Lo relevante es que el AS y MEL podemos fabricarlos sin grandes dificultades a partir de extractos de plantas que están a nuestro alcance, y usarlos en mezclas con aminoácidos, aminoazúcares y extractos de algas, en aplicaciones foliares para prevenir o superar algún estrés biótico o abiótico inminente, y mantener a nuestras plantas en una condición óptima.

METABOLITOS SECUNDARIOS

Todas las moléculas defensivas de la planta son llamadas metabolitos secundarios porque se producen a partir de los metabolitos primarios, producidos en la fotosíntesis, y que son necesarios para el crecimiento y reproducción de las plantas, de los que se conocen cerca de 100.000. Los metabolitos secundarios son necesarios para la sobrevivencia y la interacción con el medioambiente, y hasta ahora se conocen cerca de 600.000. Son fundamentales para el sistema defensivo y de protección de las plantas contra estrés biótico y abiótico, regulando la respuesta y adaptabilidad de las plantas a cambios en el ambiente. En general, se clasifican en compuestos fenólicos, terpenos, lípidos y alcaloides.

FENOLES, TERPENOS, LÍPIDOS Y ALCALOIDES

Los compuestos fenólicos van de fenoles simples, ácidos fenólicos y flavonoides hasta moléculas complejas como glucósidos (funguicidas), fitoalexinas, mircenos, defensinas, taninos y lignias. Cumplen varias funciones, entre las cuales están formar la estructura de la pared celular (lignina), color, aromas y sabor (flavonoides), protección a los rayos UV, contra herbívoros, insectos e inhiben los patógenos en el suelo. Por ejemplo, los glucosinolatos (glucósidos azufrados) producidos por el follaje en las Brassicas, que se usan en cover-crops, pueden ser aprovechados en biofumi gación de suelos contra plagas del suelo, lo que reduce hasta un 75% la infección por Phytophtora.

La descomposición de residuos de varias gramíneas como la cebada (Hordeum vulgare), el trigo (Triticum aestivum), el triticale y la avena (Avena sativa) genera efectos significativos en la disminución de nematodos parásitos en suelo. El sorgo (Sorghum vulgare) y una subespecie, el pasto Sudán, producen durrina, un potente nematicida que se degrada en cianuro de hidrógeno en el suelo.

Los terpenos son compuestos lipofílicos que comprenden compuestos orgánicos volátiles, hormonas, pigmentos carotenoides, látex, aceites esenciales, compuestos alelopáticos, insecticidas (piretroides, azadirachtina (extracto de Neem)). Cumplen varios roles en la planta, desde atraer polinizadores, proteger contra herbívoros, acción antioxidante en la planta hasta protección de las membranas, insecticida y repelente.

Los alcaloides son compuestos solubles con una alta actividad biológica, muchos de los cuales son tóxicos a dosis altas, como la morfina, nicotina, cafeína, quinina, etc. El lupino y la espuela de galán generan este tipo de compuestos que actúan contra patógenos e insectos. Por ejemplo, el ajo (Allium sativum) tiene la allinina, que es un antibiótico efectivo (se come un diente de ajo fresco para la gripe), además de tres disulfuros (dimetil disulfuro, dipropil disulfuro y dialil disulfuro), que inhiben el desarrollo de Colletotrichum spp, Fusarium moniliforme, Fusarium oxysporum, Ph ytopht hora cinnamomi, Rhizoctonia solani, Sclerotium rolfsii y Sclerotinia sclerotiorum.

La capsaicina producida por las plantas del genero Capsicum controlan Pseudomona spp como repelentes de insectos. La quinozilidina del haba actúa como protección contra bacterias e insectos. La lupanina, lupinina y gramina son alcaloides producidos por el lupino, útiles contra patógenos bacterianos como Pseudomonas syringae.

NUTRIR LA SANIDAD

Por otro lado, muchos metabolitos secundarios también son necesarios para conseguir diversos aspectos deseables para el consumo humano, como el color y el aroma de frutas y vegetales. Aquí es donde podemos llevar a la práctica todo lo que hemos comentado en las anteriores publicaciones.

Para que la planta produzca los metabolitos secundarios necesarios tenemos que lograr que haga suficiente fotosíntesis. Y esto lo podemos evaluar a través de los ºBrix en savia con un refractómetro portátil. Los metabolitos secundarios comienzan a generarse cuando la planta supera los 7 ºBrix en savia. Manteniéndola sobre ese nivel se comienza a producir en la planta suficientes moléculas para su defensa fitosanitaria y para sus características deseables de color, aroma y también de sabor. (Ver Figura 1)

Para lograr todo lo que hemos descrito hasta ahora la planta debe disponer de los nutrientes necesarios en el suelo, por ejemplo, el nitrógeno y el fósforo en niveles adecuados y balanceados favorecen la producción de terpenoides. Los metabolitos secundarios son caros para la planta, se usa mucha energía en producirlos, y si no hay suficiente fotosíntesis las plantas serán menos productivas, menos vigorosas y susceptibles a patógenos y depredadores. La deficiencia o desequilibrio de nutrientes en el suelo causa que las plantas produzcan mayor exudación radicular de azúcares, aminoácidos y ácidos fenólicos, a expensas del crecimiento y reproducción, para poder reclutar una gama particular de microorganismos que entreguen a la planta los nutrientes, ya sea el N (Azospirillum brasilense), o la solubilización de Fe (Bacillus spp), de P (Glomus spp, Psedumonona spp), de K (Bacillus sp) o también de fitohormonas como auxinas, citoquininas, ácido abscísico o giberelinas (Pseudomona spp, Bacillus spp).

La deficiencia de Ca gatilla la acumulación de azúcares simples y aminoácidos en el apoplasto (fuera de las células), lo que disminuye la resistencia a enfermedades. La insuficiencia de P influye significativamente en la severidad de las enfermedades.

La deficiencia de un nutriente, expresada en síntomas foliares, es una condición grave en la que ya se produjo el deterioro de la fisiología de la planta con pérdida en productividad y crecimiento. La insuficiencia es algo que debemos advertir antes de que se produzcan los síntomas y se afecte el resultado productivo.

La celulosa es el componente principal de la pared celular y una deficiencia de K causa que se filtren azúcares y aminoácidos por fuera de la célula generando susceptibilidad a enfermedades fúngicas. Medir la relación N/K en un análisis foliar es importante: si es muy alta las células tendrán paredes muy delgadas y membranas débiles más susceptibles al ataque de patógenos.

El reclutamiento de microorganismos por la planta también se realiza en la filósfera, donde podemos encont ra r hasta 1.050.000.000 / cm2 de microorganismos. Trichoderma sp, Lactobacillus sp y Sacharomyces sp son importantes auxiliares que aportan melatonina, quitinasas, glucanasas, quitooligosacaridos (elicitores potentes), lipasas, proteasas y otros compuestos que ayudan a evitar la infección por patógenos.

Por último, es importante tener en cuenta que también hay una flora microbiológica que convive en los tejidos de las plantas denomida microbioma endofitico que apoya a la planta en la producción de metabolitos secundarios activos. Por ejemplo, Bacillus amyloliquefaciens y Pseudomonas fluorescens con una alta actividad de biocontrol contra Alternaria alternata, entre varios más.

EJEMPLOS PRÁCTICOS

Algunos ejemplos prácticos comunes en agricultura regenerativa a través de biopreparados que podemos usar en el campo.

• Extracto de Cola de caballo (Equisetum arvense): contiene equisetonina, que son saponinas tóxicas, flavonoides como galuteolina, ácidos orgánicos como palustrina y dimetilsulfona, además de ácido silícico, que controlan y protegen contra mildiu, phytophtora, oidio y botritis.

• Extracto de Tomillo rojo (Thymus vulgaris): contiene terpenos como timol y carvacrol, que actúan como funguicidas de contacto, para botritis y oidio.

• Extracto de ortiga (Urtica urens, Urtica dioica): presenta una destacada acción antibiotica y antioxidante útil contra enfermedades fúngicas, vitalizante, repelente y en varios casos insecticida sobre pulgones y ácaros. El extracto de ortiga contiene flavonoides muy potentes (kaempferol, quercetina, astragalina, rutina e isoramnetina), fenoles (ácido cafeico, ácido clorogénico, escopoletina), carotenoides (luteina, xantina), aceites esenciales, ácidos grasos, vitaminas C, B, K y minerales como Ca, Fe, Mg, P y K.

• Extracto de milenrama: rico en melatonina, flavonoides, ácidos fenólicos, cumarinas, terpenoides (monoterpenos, sesquiterpenos, diterpenos, triterpenos), esteroles y betainas (osmoprotector).