A través del proyecto DIMAS II, en AINIA hemos avanzado en el desarrollo de materiales de origen natural y biotecnológico para mejorar la formulación y liberación de agentes bioactivos destinados al control de nematodos, una plaga que afecta al rendimiento y la calidad de determinados cultivos de la Comunitat Valenciana.
Determinados cultivos de la Comunitat Valenciana, como los de tomate, se ven afectados por plagas de nematodos que causan daños en los cultivos y afectan directamente al rendimiento y la calidad de las cosechas, ocasionando pérdidas en la producción.
A través del proyecto DIMAS II, en AINIA hemos continuado avanzando en soluciones innovadoras y sostenibles que permitan combatir estas plagas mediante la investigación y el diseño de materiales de origen natural y/o biotecnológico.
Estos avances, financiados por IVACE+i y fondos FEDER, nos han permitido continuar profundizando en cómo mejorar las propiedades fisicoquímicas específicas de los materiales seleccionados para posibilitar la formulación de agentes bioactivos destinados al control de nematodos.
Nematodos: una plaga que es necesario controlar
Los nematodos son pequeños gusanos de tamaño microscópico que habitan en el suelo y pueden atacar tanto a las raíces como a las partes aéreas de las plantas.
Algunos de estos nematodos, como Meloidogyne incognita, interfieren en la toma de agua y nutrientes por parte de la raíz de la planta y en su transporte hacia la parte aérea.
Para combatir esta plaga existen en el mercado productos con capacidad nematicida que se aplican en el suelo y deben ejercer su efecto durante un periodo de tiempo determinado para detener la acción fitoparasitaria del nematodo.
Con el propósito de mejorar la eficacia de estos compuestos, en el proyecto DIMAS II hemos llevado a cabo un estudio exhaustivo de materiales para su utilización como soportes en sistemas de liberación sostenida de agentes con acción nematicida.
En concreto, hemos estudiado:
- Materiales carbonosos, como el biochar.
- Materiales silíceos.
- Hidrogeles.
- Biosurfactantes con acción nematicida.
- Surfactantes biobasados inteligentes, destinados a utilizarse como aditivos funcionales en formulaciones orientadas al control de nematodos fitoparásitos en aplicaciones agrícolas.
Materiales porosos para generar sistemas de liberación sostenida
Los sistemas de liberación sostenida de agentes de biocontrol en agricultura permiten realizar una administración lenta de los compuestos de interés a lo largo del tiempo desde superficies, suelo o plantas, al mismo tiempo que protegen al agente de biocontrol.
Estos sistemas pueden contribuir a reducir las dosis necesarias del agente para eliminar la plaga y, por tanto, disminuir los costes asociados al uso del compuesto y los posibles efectos secundarios relacionados con la toxicidad y los riesgos para las personas y el medio ambiente.
Los materiales que se emplean en estos sistemas de liberación deben presentar, entre otras características, una alta superficie específica y capacidad de intercambio iónico. Los materiales porosos silíceos y el biochar son ejemplos de materiales que permiten retener y liberar de forma eficiente compuestos activos de interés para la agricultura.
Biochar obtenido a partir de biomasa agrícola
En DIMAS II hemos estudiado cómo generar biochar, un material carbonoso poroso, a partir de dos tipos de biomasa: sarmientos de vid y cáscara de almendra, mediante un proceso de pirólisis.
Con el objetivo de mejorar la superficie específica del biochar obtenido —es decir, el área disponible para albergar el agente de biocontrol—, hemos estudiado procesos de activación física y química.
Como resultado, hemos obtenido un biochar con una superficie específica elevada, que posteriormente hemos empleado como soporte para la incorporación de un agente nematicida comercial.
Materiales silíceos para aplicaciones agrícolas
Por otra parte, los materiales silíceos presentan una estructura ordenada y una gran área superficial, características que los convierten en candidatos para su utilización como soportes en sistemas de liberación sostenida en agricultura.
Durante los procesos de síntesis es posible ajustar y funcionalizar los tamaños de poro de estos materiales para optimizar la cantidad de compuesto activo que puede incorporarse en su interior.
Durante esta anualidad del proyecto hemos estudiado rutas sintéticas para obtener un material silíceo poroso y, al mismo tiempo, hidrófobo, con el objetivo de mejorar la adherencia del compuesto bioactivo a la superficie de las hojas en aplicaciones foliares.
Sistemas de liberación para mejorar la hidratación de los cultivos
Los hidrogeles son materiales poliméricos con una elevada capacidad para absorber y retener agua, por lo que pueden emplearse en agricultura como reservorios de líquidos y compuestos activos.
Gracias a su estructura tridimensional pueden mantener su forma y propiedades incluso cuando absorben grandes cantidades de agua. Además, pueden utilizarse como sistemas de liberación controlada, ya que son capaces de liberar compuestos activos de manera progresiva.
En DIMAS II hemos continuado estudiando la generación de hidrogeles empleando polímeros naturales, biodegradables y compatibles, como el agar y el carragenato.
Al mismo tiempo, hemos analizado su estabilidad en condiciones simuladas de campo y la incorporación de compuestos nematicidas durante su síntesis.
Como resultado, hemos obtenido hidrogeles innovadores y funcionales, con acción nematicida dirigida para su aplicación en el suelo.
Aditivos funcionales para el control de nematodos
El uso de aditivos en el desarrollo de formulaciones destinadas a aplicaciones agrícolas está ampliamente extendido. Es habitual utilizar adyuvantes que permitan mejorar la solubilidad y la estabilidad de formulaciones de pesticidas, fertilizantes o agentes de control.
Estas formulaciones pueden aplicarse en condiciones ambientales muy diferentes debido a la variabilidad atmosférica, desde temperaturas muy bajas durante el invierno hasta temperaturas cada vez más elevadas en verano.
Surfactantes biobasados con respuesta a las condiciones del entorno
Para hacer frente a estas condiciones, en DIMAS II hemos estudiado la síntesis de un tipo de tensoactivos, los surfactantes, a partir de materias primas biobasadas y con capacidad de respuesta frente a estímulos propios del entorno agrícola, como el pH, la humedad o la actividad enzimática.
Además, estos surfactantes tienen capacidad para solubilizar compuestos activos, convirtiéndose en sistemas de liberación de agentes nematicidas en función de las condiciones presentes en el entorno agrícola.
Biosurfactantes con acción nematicida
En paralelo, hemos continuado estudiando la síntesis de biosurfactantes con acción nematicida per se mediante rutas biotecnológicas.
Estos aditivos, además de favorecer la aplicación de los compuestos activos, presentan actividad contra los propios nematodos, lo que puede contribuir a aumentar la eficacia de las formulaciones destinadas a la erradicación de la plaga.
Materiales funcionales para una agricultura más eficiente y sostenible
Los resultados obtenidos en DIMAS II muestran cómo la innovación científica permite avanzar en el desarrollo de soluciones para la reducción y el control de plagas agrícolas mediante el diseño de materiales funcionales de origen natural, biobasado y biotecnológico.
Gracias a sus propiedades fisicoquímicas específicas, materiales como el biochar, los soportes silíceos, los hidrogeles y los biosurfactantes pueden incorporarse en formulaciones de agentes bioactivos y sistemas de liberación sostenida, contribuyendo a mejorar su eficacia y sostenibilidad.
Con estos avances buscamos contribuir a impulsar una agricultura más eficiente y respetuosa con el medio ambiente, alineada con los principios de la bioeconomía circular y el uso responsable de los recursos.
