Un equipo de investigación científica de la Universidad Nacional de Singapur desarrolló recientemente un sistema de "parche de biofertilizante con microagujas" para plantas, que se espera que mejore significativamente el rendimiento del crecimiento de los cultivos al tiempo que reduce el consumo de fertilizantes y reduce los desechos ambientales causados por la fertilización tradicional. La investigación ha sido publicada en la revista Advanced Functional Materials.
Andy Tay, líder del proyecto y profesor asistente en el Instituto de Innovación y Tecnología en Salud (iHealthtech) de la Universidad Nacional de Singapur, dijo que esta idea surge de la referencia a la migración microbiana humana y los métodos de administración de medicamentos inyectables. El equipo planteó la hipótesis de que si los microorganismos beneficiosos se introdujeran directamente en las hojas o los tallos de las plantas, como se administrarían a los humanos, podrían migrar dentro de la planta hasta las raíces y realizar su trabajo, al tiempo que reducirían el riesgo de ser debilitados por la acidez o los microorganismos competidores en el entorno del suelo.
Para lograr esta "alimentación de punto fijo", los investigadores prepararon parches de microagujas solubles y encapsularon un "biofertilizante vivo" compuesto de microorganismos beneficiosos en las puntas de las agujas. En el experimento, el equipo utilizó una mezcla de bacterias de la rizosfera promotoras del crecimiento vegetal (PGPR) compuestas de Actinobacteria (Streptomyces) y flora Agromyces-Bacillus para promover el metabolismo de los nutrientes y estimular las hormonas del crecimiento de las plantas. Los resultados mostraron que, en condiciones de invernadero, la col rizada y el repollo tratados con parches de microagujas fueron significativamente mejores que los tratamientos tradicionales en términos de altura de la planta, área foliar y biomasa aérea.
Más importante aún, este método logra ahorros en la cantidad de fertilizante utilizado: en comparación con la inoculación convencional de biofertilizante en el suelo, la solución de parche con microagujas reduce la cantidad de biofertilizante utilizado en aproximadamente un 15%. El equipo de investigación señaló que este beneficio proviene de una entrega más precisa de fertilizantes, lo que reduce en gran medida el desperdicio de fertilizantes y la carga ambiental relacionada causada por fertilizantes no deseados.
Según la definición del equipo de investigación, el "biofertilizante vivo" es un grupo compuesto de bacterias y hongos beneficiosos, que pueden considerarse como la "enfermera vegetal" de los cultivos, ayudando a los cultivos a aliviar el estrés ambiental y mejorar la capacidad de absorción de nutrientes. El enfoque tradicional es aplicarlo en el suelo, pero la acidez del suelo y la presencia de microorganismos competidores a menudo debilitan su eficacia, de modo que sólo algunos de los microorganismos terminan en la zona de las raíces. Por el contrario, el nuevo método del equipo de Singapur supera las barreras del suelo inyectando microorganismos beneficiosos directamente en las hojas o los tallos, permitiéndoles llegar rápidamente al lugar de acción.
En cuanto a materiales y procesos, los investigadores eligieron como soporte el alcohol polivinílico (PVA), un polímero barato y biodegradable. El área del parche experimental es de aproximadamente 1 centímetro cuadrado y contiene una serie de microagujas con una longitud de aguja de aproximadamente 140 micrones, adecuadas para hojas, o microagujas con una longitud de aguja de aproximadamente 430 micrones, adecuadas para tallos. Estas microagujas están dispuestas en una matriz de 40×40 compuesta por pirámides de 140 micras de alto. El equipo primero mezcló los microorganismos en una solución de PVA y luego utilizó micromoldes para "bloquear" los microorganismos en la punta de la aguja.
Cuando se utiliza, funciona como un dedal inverso: los productores simplemente presionan el parche con el pulgar o aplican una presión uniforme con la ayuda de un simple aplicador de mano, lo que permite que las microagujas penetren en el tejido de la planta sin dañarlo. Después de unos 60 segundos, las microagujas se disuelven dentro de la planta, liberando los microorganismos atrapados, mientras que las agujas permanecen dentro del tejido vegetal y eventualmente se degradan.
El equipo enfatizó que este conjunto de tecnología de parches con microagujas respalda la producción de impresión 3D, facilita una preparación rápida y puede lograr un efecto de inserción relativamente uniforme al cubrir una gran área de hojas. Diseñados teniendo en cuenta la estabilidad del almacenamiento, los microorganismos del parche pueden permanecer activos hasta cuatro semanas en condiciones normales de almacenamiento, lo que facilita que las granjas se abastezcan con antelación. En comparación con la aplicación de biofertilizantes al suelo, este método casi no tiene situaciones "faltantes", lo que hace que las plantas, incluidos los cultivos de alto valor, tengan más probabilidades de recibir cantidades suficientes de "medicación".
Vale la pena mencionar que la tecnología de microagujas en sí no es la primera vez que se utiliza en el campo vegetal. Anteriormente se han utilizado parches de microagujas similares para administrar pesticidas a las plantas. Sin embargo, Andy Tay señaló que esta es la primera vez que los biofertilizantes asociados con las raíces de las plantas pueden administrarse directamente a través de las hojas o los tallos para mejorar el crecimiento de las plantas. Dijo que este nuevo concepto de "biofertilizante con microagujas" proporciona ideas importantes para resolver muchos desafíos que enfrentan los métodos de inoculación del suelo.
De cara al futuro, el equipo de investigación espera que esta tecnología pueda servir a áreas como la agricultura vertical, la agricultura urbana y el cultivo de plantas medicinales. Tay dijo que uno de los próximos enfoques es mejorar la escalabilidad, y el equipo planea explorar la integración de la tecnología de microagujas con robots agrícolas y sistemas de automatización para que pueda aplicarse en escenarios agrícolas a gran escala. Además, la investigación se ampliará a más cultivos, como las fresas, y se seguirá cómo los microorganismos migran eficazmente de las hojas a las raíces dentro de la planta.
Compilado de /ScitechDaily