ES2913973B2 - Uso de formas de resistencia de microalgas en agricultura - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
USO DE FORMAS DE RESISTENCIA DE MICROALGAS EN AGRICULTURA
La presente invención se refiere al uso de formas de resistencia de microalgas en agricultura. Además, se refiere a un procedimiento que mejora la calidad del suelo, el crecimiento vegetal y/o el rendimiento de los cultivos.
ESTADO DE LA TÉCNICA
La sociedad se enfrenta a grandes retos en el siglo XXI, muchos de ellos estrechamente vinculados al sector agroalimentario y a su capacidad para dar respuesta a una demanda creciente de alimentos que permita abastecer a una población mundial que aumenta a un ritmo muy elevado. Se requiere, por tanto, aumentar considerablemente la productividad agrícola para poder cubrir esa acuciante necesidad. Sin embargo, y considerando otras dificultades adyacentes, como son la limitación de recursos cada vez más escasos -tierra cultivable y agua-, la seguridad alimentaria, el cambio climático y la creciente contaminación medioambiental, la solución pasa por incrementar esa productividad de una manera sostenible y respetuosa con el medio ambiente.
E desafío al que se enfrenta la sociedad en algo tan esencial y básico como es garantizarse su propia alimentación, obliga al sector agroalimentario a desempeñar un papel protagonista en la búsqueda de soluciones, sobre tres pilares fundamentales: innovación, sostenibilidad y eficiencia. En este contexto, las microalgas tienen un inmenso potencial para contribuir a dar respuesta a los retos a los que se enfrenta el sector. Las microalgas son microorganismos poseedores de clorofila a y de otros pigmentos, que tienen la capacidad de llevar a cabo la fotosíntesis oxigénica. Este heterogéneo grupo comprende decenas de miles de especies eucarióticas con variada morfología, tamaño y hábitat, así como las cianobacterias procarióticas, cianofíceas o algas verdeazuladas. Las microalgas habitan aguas dulces y salobres, sistemas marinos y suelos.
La idoneidad de las microalgas y sus derivados, para una variedad de aplicaciones de carácter práctico, se ha puesto de manifiesto en diversidad de instancias, incluyendo algunas particularmente eficientes que están relacionadas con la agricultura. Por ejemplo, los estudios existentes de bioestimulantes agrícolas basados en microalgas dejan evidencia de que no sólo favorecen la absorción de nutrientes, sino que también mejoran la eficiencia en la utilización de éstos, así como la tolerancia al estrés abiótico y finalmente, incrementan la calidad de los cultivos. En la patente con número de publicación US10701941 se describe un método basado en la microalgaChlorellapara mejorar los cultivos.
Sin embargo, el papel de las microalgas en la agricultura sostenible va más allá de la bioestimulación. La calidad del suelo es un factor determinante en la producción agrícola, siendo algunas microalgas pobladoras naturales de estos ecosistemas, donde desempeñan una función esencial en la determinación de la salud, calidad y fertilidad de los suelos agrícolas. De hecho, las microalgas son básicas en todas las etapas de la formación del suelo, incluyendo la fase inicial del establecimiento de una costra biológica sobre un sustrato mineral abiótico.
Por ejemplo, en la solicitud de patente con número de publicación US10457610, se describen métodos y composiciones que comprenden microalgas para tratar el suelo, ya que consigue enriquecerlo en sodio.
Es, por tanto, de gran interés ampliar el repertorio de productos para la agricultura basados en microalgas, como el que se va a describir a continuación.
DESCRIPCIÓN
En los ciclos vitales de numerosas microalgas se dan diferentes tipos de células durmientes, latentes, quiescentes o en reposo metabólico, que constituyen formas de resistencia, las cuales toleran condiciones ambientales y nutricionales adversas, posibilitando que la microalga se perpetúe en el tiempo, hasta encontrar condiciones favorables para su germinación y desarrollo.
Estas células son resistentes y suelen tener una envuelta o pared más gruesa y dura que la de las células vegetativas, a partir de las que se diferencian, así como también por contener una reserva de nutrientes. En la naturaleza, pueden actuar como vectores de transporte entre diferentes zonas geográficas, tanto a escala local como intercontinental.
Algunas microalgas que forman parte de la microflora de los suelos son capaces de desarrollar formas de resistencia. En condiciones ambientales favorables, las formas de resistencia germinan, desarrollándose y multiplicándose las células vegetativas resultantes, dando lugar así al establecimiento de importantes colonias de microalgas. La aportación de estas formas de resistencia a un suelo agrícola se traduce en su enriquecimiento en materia orgánica rica en carbono, nitrógeno, fósforo y otros nutrientes, así como fitohormonas y diversos compuestos bioactivos con capacidad estimulante del crecimiento vegetal, posibilitando mejorar sustancialmente la eficiencia de uso de nutrientes por los cultivos y de conferirles resistencia frente a estreses bióticos y abióticos. Productos adicionales de interés para el suelo resultantes de la actividad de las microalgas que se desarrollen son, entre otros, el oxígeno que facilita la aireación, así como compuestos que contribuyen a la compactación y estructuración del suelo con reducción de la erosión, a la capacidad de retención de agua, así como al desarrollo de otros organismos, que asimismo contribuyen a la calidad, salud y fertilidad de los suelos. El conjunto de los efectos se traduce en un aumento de la fertilidad del suelo y de la productividad de las cosechas que en ellos se desarrollen, como resultado de una actuación de carácter biotecnológico, que preserva el medio ambiente y evita la indeseable adición de agentes químicos. En consecuencia, todos ellos son efectos y resultados positivos que pueden contribuir decisivamente a la seguridad alimentaria y con ello, a uno de los principales Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU, concretamente el n° 2, HAMBRE CERO.
En el cultivo de las microalgas se emplean medios idóneos para el crecimiento de cada especie en cuestión. Para estimular la producción de formas de resistencia, se hace necesario modificar las condiciones de cultivo al objeto de inducir su formación, lo que conlleva la alteración controlada de la concentración de determinados nutrientes (p. ej. nitrógeno, fósforo, azufre, hierro, silicio) o de otros parámetros críticos de cultivo, como son la agitación, el suministro de aire, la irradiancia luminosa o la temperatura.
La aplicación de formas de resistencia de microalgas a los suelos supone una forma eficiente de mejorar su calidad y fertilidad. De un lado, para propiciar mejoras de producción de los cultivos que se desarrollan en los suelos así tratados. De otro, para la transformación de sustrato edáfico mineral, de carácter árido o desértico, en suelos para uso agrícola. Adicionalmente, las formas de resistencia pueden emplearse en actuaciones de biorremediación enfocadas a la recuperación y restauración de suelos empobrecidos, degradados o contaminados.
La principal ventaja del proceso que se describe aquí sobre otras alternativas, incluyendo opciones biológicas que emplean biomasa fresca, radica en el agente empleado para conseguir los fines pretendidos: formas de resistencia de microalgas. El posible empleo de biomasa fresca de microalgas, con predominio de células vegetativas, se encuentra limitado frente al de las formas de resistencia por la escasa durabilidad del material y la dificultad para su transporte. La disponibilidad para la aplicación del agente aquí considerado, formas de resistencia, implica su generación, aislamiento, secado, almacenado y, eventualmente, estabilizado, así como su inclusión en soportes idóneos para su utilización como enmiendas agrícolas, aunque no ha de descartarse a priori su aplicación directa al suelo a tratar.
Por todo ello, un aspecto de la invención es el método para mejorar la productividad de cultivos agrícolas que comprende la aplicación de una cantidad eficiente de formas de resistencia de microalgas, en forma sólida o en solución líquida, al terreno en el cual las plantas se cultivan.
Un segundo aspecto se refiere a un método para mejorar la salud y la fertilidad de un terreno que comprende la aplicación de una cantidad eficiente de formas de resistencia de microalgas, en forma sólida o en solución líquida, al terreno.
El término "cantidad eficiente” se refiere a la cantidad del producto, formas de resistencia de microalgas, que al ser aplicado es suficiente para mejorar la productividad de los cultivos o mejorar la fertilidad del terreno.
Como se ha dicho, el término "formas de resistencia” se refiere a células durmientes, latentes, quiescentes o en reposo metabólico.
Otro aspecto de la invención es una composición fertilizante que comprende las formas de resistencia de microalgas.
La forma en la que se utiliza en la presente invención el término "fertilizante” se refiere a una composición que se añade al terreno para conseguir aportar elementos nutritivos básicos para el crecimiento de la planta o para la salud de la planta o para el rendimiento de los frutos de la planta.
Otro aspecto de la invención se refiere, por tanto, al uso de las formas de resistencia de microalgas como fertilizante, en los términos citados en el párrafo anterior.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Como se ha indicado, el primer aspecto de la invención es el método para mejorar la productividad vegetal, que comprende la aplicación al terreno o medio agrícola de una cantidad eficiente de formas de resistencia de microalgas, y un segundo aspecto se refiere a un método para mejorar la fertilidad de un suelo, que comprende la aplicación de una cantidad eficiente de formas de resistencia de microalgas al terreno.
Un tercer aspecto de la invención se refiere a una composición fertilizante, que comprende las formas de resistencia de microalgas.
De manera preferente, la composición fertilizante comprende las formas de resistencia de microalgas y un portador aceptable en la agricultura de las formas de resistencia._El término "portador aceptable en la agricultura” se refiere a un portador que es conocido y aceptado en la formación de formulaciones para uso en la agricultura u horticultura.
Las formas de resistencia proceden, preferentemente, de microalgas del suelo o microalgas terrícolas. Las microalgas del suelo son, preferentemente, de especies seleccionadas pertenecientes a las Divisiones:Chlorophyta, Cryptophyta, Cyanophyta, Euglenophyta, Heterokontophyta y Rhodophyta.
Ejemplos
El siguiente ejemplo es a nivel ilustrativo y no tiene como objeto limitar la presente invención.
Ejemplo 1
Se cultivaron células de unaBacilariofícea(en medio líquido estándar). Tras 10 días de crecimiento, parte de las células vegetativas se transfirieron a un medio con baja concentración (10 micromolar) de nitrato sódico y 150 micromolar de ácido silícico, condiciones que propician la producción masiva de formas de resistencia. La temperatura se mantuvo a 25°C en cámara termostatada e iluminada, empleándose ciclos de 12 horas de luz:12 horas oscuridad.
Aislamiento y recolección de formas de resistencia (FR). Tras seis días de cultivo en el medio con bajo nitrato, se centrifugó la suspensión celular a 5000 x g durante 10 minutos, a temperatura ambiente. Se resuspendió la biomasa celular sedimentada en tampón Tris-EDTA-Mg. Tras nueva centrifugación, se resuspendió en un pequeño volumen de tampón Tris-Mg.
Se trató con ultrasonidos (20%de intensidad máxima a intervalos (3-5) de 20 s), para destruir células vegetativas residuales.
La preparación concentrada de formas de resistencia así obtenida puede mantenerse a 5°C en oscuridad hasta que se proceda a su desecación.
Secado y almacenamiento
Las formas de resistencia obtenidas se secaron con aire caliente a temperatura moderada, quedando listas para su posterior almacenamiento. Se realizaron controles periódicos para comprobar que las formas de resistencia mantienen su capacidad para germinar cuando se colocan en condiciones favorables (humedad, temperatura, nutrientes, etc.)
Claims (6)
1. Composición fertilizante caracterizada porque comprende formas de resistencia de microalgas secas.
2. Composición fertilizante según la reivindicación 1 caracterizada porque comprende un portador aceptable en la agricultura.
3. Composición fertilizante según las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizada porque las microalgas son seleccionadas entre especies de las Divisiones: Chlorophyta, Cryptophyta, Cyanophyta, Euglenophyta, Heterokontophyta y Rhodophyta.
4. Procedimiento de obtención de la composición definida en las reivindicaciones 1 a 3 caracterizada porque comprende las etapas de aislamiento, secado, almacenado y, opcionalmente, estabilizado, y/o inclusión en soportes de la forma de resistencia.
5. Uso de las formas de resistencia de microalgas secas como fertilizante.
6. Uso según la reivindicación 5 caracterizado porque las microalgas son seleccionadas entre especies de las Divisiones: Chlorophyta, Cryptophyta, Cyanophyta, Euglenophyta, Heterokontophyta y Rhodophyta.
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