BIOMEF

La producción mundial de alimentos y materias primas del sector agro-alimentario se enfrenta a desafíos de gran magnitud. Al incremento de la superficie agrícola contaminada e improductiva resultante de la implementación de técnicas agrícolas intensivas, hay que añadir los efectos negativos derivados del cambio climático global que limitan la disponibilidad de los nutrientes para las plantas. El fósforo es un nutriente esencial para la planta que limita en gran medida el rendimiento de los cultivos. Para poder cubrir la demanda creciente de alimentos, la agricultura convencional se ha vuelto dependiente de la aplicación exógena de fertilizantes fosfatados. Teniendo en cuenta el alto coste de este tipo de fertilizantes obtenidos a partir de recursos naturales limitados tales como la roca fosfórica, es imprescindible diseñar nuevas estrategias que mejoren la eficiencia en la adquisición del fósforo (PAE) de la planta. Basados en resultados previos obtenidos por el grupo de investigación del IdAB-CSIC, en los que demostramos que los microorganismos emiten compuestos que fomentan el crecimiento de la parte aérea y radicular de la planta y mejoran el rendimiento de los cultivos a la vez que enriquecen la microbiota beneficiosa del suelo (Sánchez-López et al., 2016a; Sánchez-López et al., 2016b; Ameztoy et al., 2019; García-Gómez et al., 2019, García-Gómez et al., 2020, Baroja-Fernández et al., 2021; patentes PCT/ES2011/000125 y EPI6382146.5), proponemos que la aplicación en el agua de riego de extractos obtenidos a partir de cultivos líquidos del hongo Penicillium aurantiogriseum incrementará el rendimiento del cultivo de tomate en suelos con reducido contenido de fósforo. En el caso de confirmarse esta hipótesis, el uso de extractos obtenidos a partir de cultivos de P. aurantiogriseum permitirá reducir muy sustancialmente la dosis de abonos fosfatados que se aplique a los campos de cultivo.

Con el objeto de avanzar en nuestra búsqueda de estrategias biotecnológicas que contribuyan a incrementar el rendimiento de los cultivos de forma sostenible y respetuosa con el medio ambiente en un marco de cambio climático, se propone un proyecto cuyo objetivo principal es mejorar la eficiencia en la adquisición de fósforo de las plantas mediante la utilización de bioestimulantes de origen microbiano producidos de manera optimizada. Para lograr este objetivo nos planteamos los siguientes objetivos específicos:

1. Estudiar el efecto del riego con extractos obtenidos a partir de cultivos líquidos del hongo P. aurantiogriseum en el desarrollo radicular, en la PAE y en el rendimiento de las plantas de tomate
2. Investigar los mecanismos bioquímicos y moleculares implicados en la respuesta de la planta a este bioestimulante microbiano
3. Analizar el impacto de la aplicación del bioestimulante microbiano en las poblaciones de microorganismos del suelo que fomentan la adquisición y asimilación del fósforo por parte de la planta
4. Optimizar y escalar el cultivo de P. aurantiogriseum para la producción de extractos con propiedades bioestimulantes
5. Generar plantas de Arabidopsis y tomate con elevada PAE como consecuencia del incremento de la expresión de genes que responden a compuestos emitidos por P. aurantiogriseum y que están relacionados con la arquitectura radicular y/o la captación de fósforo.

Los resultados obtenidos en este proyecto demuestran que los bioestimulantes de origen microbiano son una alternativa sostenible para reducir el empleo de fertilizantes químicos manteniendo el rendimiento de los cultivos y por tanto la rentabilidad del agricultor.
De este proyecto se desprenden las siguientes conclusiones:

1. El tratamiento aplicado ejerce un efecto positivo en (i) el desarrollo radicular y la toma de fósforo, (ii) la producción de frutos comerciales y (iii) el metabolismo de las plantas en condiciones de invernadero.
2. En condiciones de campo, la aplicación del bioestimulante conlleva una mejora del rendimiento y de la calidad del fruto en condiciones de deficiencia de fósforo.
3. El tratamiento con el bioestimulante afecta a la microbiota nativa del suelo independientemente de la dosis de fósforo utilizada.
4. La mejora del rendimiento con dosis reducidas de fósforo podría deberse al incremento de la abundancia relativa de especies bacterianas y fúngicas que favorecen la solubilización del fósforo.
5. El protocolo de producción de bioestimulante utilizado es adecuado y, de momento, el medio de cultivo óptimo es MS con sacarosa.
6. Se ha determinado un coste de producción de 1,7 €/L para el bioestimulante, precio competitivo que puede permitir su salida al mercado.
7. Se ha determinado que la producción de 2 litros de bioestimulante frente a 2,69 kg de abono fosfatado, que cubren un área de 108 m2, tiene unos impactos menores en los tres indicadores analizados: Cambio climático, energía de origen fósil, y agotamiento de recursos fósiles.
8. Se han conseguido producir plantas de Arabidopsis y tomate que sobreexpresan los genes de interés que afectan al desarrollo radicular de la planta.
9. La sobrexpresión coordinada de los tres genes en estudio podría explicar, al menos en parte, la mejora del crecimiento de plantas de Arabidopsis y del rendimiento de plantas de tomate tratadas con los metabolitos de P. arantiogriseum.