Biopesticidas para manejo de plagas y protección de cultivos

La inclusión de estos productos en los programas integrados de manejo de plagas contribuyen a lograr mejores rendimientos y calidad, y son claves para la sostenibilidad de los sistemas productivos

Por: Permingeat, H.

La protección de cultivos es una práctica de significancia en los sistemas de producción agrícola. Herbicidas, insecticidas, bactericidas, fungicidas y otros compuesto biocidas son utilizados habitualmente para conducir una producción con menores adversidades bióticas para los cultivos. Muchas de estas moléculas son de síntesis química, pero la misma naturaleza también ofrece herramientas “biocidas” que pueden utilizarse en la protección de cultivos. Nos referimos a los biopesticidas, que actualmente están cobrando una importancia y un valor destacado, debido a cuestiones de impacto ambiental y a la necesidad de uso de nuevas moléculas por la aparición de resistencias que ofrecen las adversidades a las moléculas de los formulados actuales. Además de los biopesticidas, entre los productos biológicos o productos naturales (PN) también se encuentran los bioestimulantes y los biofertilizantes.

La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) define a los biopesticidas como pesticidas derivados de materiales naturales y los clasifica en tres ramas:

Los pesticidas bioquímicos, que contienen sustancias naturales que controlan las plagas. Las sustancias que controlan las enfermedades incluyen extractos de plantas, feromonas, para la interrupción del apareamiento de insectos y aceites botánicos. No todos los bioquímicos naturales están regulados como bioplaguicidas. La EPA exige que el solicitante que pretenda registrar un bioplaguicida, debe asegurar que el modo de acción incluya resistencia sistémica inducida y resistencia sistémica adquirida para el control de patógenos de plantas, asfixia y desecación (tierra de diatomeas, aceites), regulación del crecimiento y feromonas de disrupción de apareamiento.

Los pesticidas microbianos contienen microorganismos (bacterias, virus de insectos, hongos, actinomicetos, protozoos, etc.) que funcionan como agentes de biocontrol, afectando la plaga directa o indirectamente a través de los compuestos que producen. El biopesticida microbiano más conocido y más grande es Bacillus thuringiensis (Bt), que se comercializó durante más de 70 años.

Los protectores incorporados a las plantas son sustancias pesticidas producidas por las mismas plantas que contienen un gen agregado, generalmente por ingeniería genética. La EPA regula el material genético y la proteína que codifica, pero no la planta en sí. Estos incluyen los cultivos genéticamente modificados, diseñados para contener un gen que codifica la producción de proteínas que controlan insectos o enfermedades (Marrone, 2019).

Los PN pueden representar más del 60 % de los modos de acción conocidos (MoA) de biocidas. En el caso de los insecticidas, más del 70 % de las ventas mundiales actuales se basan en productos derivados de PN. Por lo tanto, el potencial de PN para afectar el descubrimiento de compuestos o moléculas de protección de cultivos sigue siendo alto. Una cuestión importante es el desafío de encontrar un nuevo PN con capacidad de llegar al mercado, que insume un promedio de 10 a 12 años con un costo estimado en $ 286 millones de dólares. Por este motivo, es crítico que las compañías de productos fitosanitarios busquen formas de aumentar la probabilidad de éxito y acelerar la formulación de un producto. Los programas de descubrimiento basados en PN continúan teniendo el potencial de conducir a nuevos compuestos de protección de cultivos con nuevos MoA no explotados.

Un tema a destacar es que pocos PN tienen las propiedades fisicoquímicas adecuadas para usarse directamente como productos de protección de cultivos, y pueden requerir cierto grado de semisíntesis para abordar las limitaciones de estabilidad, así como para mejorar la eficacia.

Comúnmente, los PN sirvieron mejor como inspiración para imitaciones sintéticas. Sin embargo, transformar los PN complejos en químicos sintéticos accesibles puede llevar más tiempo que otros enfoques de generación de moléculas (Lorsbach y col., 2019).

Algunos ejemplos en los que el ingrediente activo es idéntico a la naturaleza pero está hecho sintéticamente, son: el insecticida Requiem® (Bayer Crop Science) que usa terpenos sintéticos en lugar de terpenos extraídos de la planta original (las ambrosioidias de quínoa); los herbicidas sarmentina y mesotrione, originalmente descubiertos de las plantas de Piper longum y Callistemon citrinus, respectivamente; los ácidos de fósforo utilizados para el control de patógenos de plantas y las feromonas para la interrupción del apareamiento de insectos (Marrone, 2019). Por otro lado, la mayoría de estos compuestos son total o parcialmente solubles en agua, lo que los hace más fáciles de aplicar sin la necesidad de tensioactivos adicionales. Además, sus estructuras químicas son más respetuosas con el medioambiente que las sintéticas, ya que su vida media es más corta. En contraposición, esta propiedad ecológica puede acortar el período de actividad (Perotti y col., 2020).

Entre los beneficios del uso de compuestos naturales como bioherbicidas está la posibilidad de utilizarlos para enfrentar la evolución de la resistencia de las malezas a los herbicidas. Y es que la probabilidad de aparición de resistencia a estos PN es menor debido a que se ven afectados múltiples procesos bioquímicos en la planta. Sin embargo, esta acción multisitio en plantas hace que los efectos bioherbicidas no sean específicos, tampoco selectivos, y son altamente dependientes de la dosis, y en algunos casos, fitotóxicos. En consecuencia, es posible el uso de una alelopatina como bioherbicida potencial, pero más bien restringido a un cultivo particular con una composición de malezas definida. Esta no selectividad intrínseca y su corta vida media conducen a un rendimiento errático en condiciones de campo, lo que explica en gran medida porque todavía no hay bioherbicidas bajo una amplia adopción (Perotti y col., 2020).

El uso de biopesticidas también ofrece otros beneficios:

Contribuye a mejores rendimientos y calidad en los programas integrados de manejo de adversidades, como se mencionó anteriormente, para retrasar o detener la evolución de la resistencia a las plagas. En algunos casos, los productos biológicos estuvieron involucrados en una tecnología innovadora de los recubrimientos de semillas (o "tratamientos de semillas") para proteger los cultivos de insectos destructivos, nematodos y enfermedades en el momento de la siembra. Los recubrimientos de semillas con microorganismos (Pasteuria, Bacillus firmus, Bacillus subtilis y Burkholderia rinojensis) y pesticidas químicos en la semilla ahora se usan ampliamente en el maíz, la soja y el algodón.

La ecuación que “Mejor ciencia = mejor rendimiento” aplica a que los biopesticidas han mejorado con el tiempo en cuanto a rendimiento y costo. La inversión en ciencia para encontrar nuevas cepas y especies de microorganismos con mayor eficacia, la aplicación de herramientas genómicas para comprender los microorganismos y la fisiología microbiana, las formulaciones más estables y la entrada de grandes fabricantes de productos fitosanitarios trajeron más legitimidad a la categoría de bioplaguicidas.

La gestión de residuos es otra ventaja de los PN. Los bioplaguicidas, debido a su riesgo generalmente bajo para los consumidores, están exentos de tolerancias de residuos (cantidad de producto químico permitido en el cultivo al momento de la cosecha) y se pueden usar hasta la cosecha. Cuando hay una plaga o enfermedad de la planta que aparece cerca de la cosecha, un químico puede no ser una opción si el residuo persiste o los consumidores no lo permiten. El uso de un bioplaguicida garantiza la protección de los cultivos y la capacidad de exportar sin el rechazo de un comprador.

d) Seguridad, biodegradabilidad y reducción de la huella de carbono: los biopesticidas generalmente afectan solo a las plagas objetivo o a los patógenos de las plantas, y presentan poco o ningún riesgo para aves, peces, insectos beneficiosos, polinizadores, mamíferos y otros organismos no objetivo. También representan un riesgo mínimo para los trabajadores y, como productos fácilmente biodegradables, no contaminan el aire y el agua. Además, muchos biopesticidas, particularmente microbios fermentados y extractos de plantas, se fabrican utilizando materias primas agrícolas y desechos de fabricación que podrían usarse como fertilizantes (Marrone, 2019).

El mercado de biopesticidas hoy oscila entre 3 y 4 mil millones de dólares, alrededor del 5-6 % del mercado global de pesticidas. Sin embargo, se proyecta un crecimiento anual compuesto del 17 %, con un crecimiento más rápido en América Latina, América del Norte y Europa, que comprende el 67 % de las ventas mundiales de biopesticidas en 2020. Los productos microbianos representan el 58 % del mercado total y los bioinsecticidas constituyen la categoría más grande, dominada por Bacillus thuringiensis. Los bionematicidas son la categoría de más rápido crecimiento, impulsados por la necesidad del mercado ante la pérdida de nematicidas químicos tóxicos. El 80 % del uso de bioplaguicidas se da en frutas y verduras (17.6 % de los pesticidas totales). Los bioherbicidas, por su parte, siguen siendo una porción muy pequeña de las ventas de biopesticidas (Marrone, 2019).

Entre las tecnologías innovadoras que se están aplicando en la agricultura, el “Big data” cubre enfoques de la producción y el ambiente. Sin embargo, quedó rezagada en relación al manejo de plagas. Así, el Big data y la agricultura de precisión no se han utilizado tan ampliamente en la predicción local y regional de poblaciones de plagas y patógenos para una pulverización más precisa. Los fungicidas todavía se aplican en gran medida según el calendario.

Si se considera que el momento de una aplicación de biopesticidas es crítico en función de sus modos únicos de acción y la necesidad de rociar temprano, se requieren mejores herramientas de exploración y predicción de población de plagas y enfermedades para que el tiempo de aplicación de biopesticidas sea más eficiente y efectivo. Los sistemas basados en video y drones para registrar poblaciones de plagas en el campo en tiempo real pueden reducir o eliminar la exploración manual. Los sensores infrarrojos pueden evaluar qué tan bien una aplicación de pesticidas redujo las poblaciones de plagas. La pulverización activada por sensores con tasas variables, dependiendo de la población de plagas, ya está funcionando en manos de algunas empresas. Aquí las feromonas se liberan a través de un sistema controlado por sensor, basado en poblaciones de polillas detectadas por una trampa asentada en la visión.

El futuro es la tecnología y se está comenzando a unir "la granja conectada" con el manejo de plagas. La adopción de biopesticidas aumentará sustancialmente a medida que la tecnología, los datos y el manejo de plagas se vayan integrando (Marrone, 2019). La agro-nanotecnología, por su parte, puede también combinarse con los biopesticidas con una liberación controlada mediante la nanoencapsulación del ingrediente activo. De esta manera, las aplicaciones repetidas de productos fitosanitarios en el campo se minimizarán y los efectos adversos en las plantas y el medioambiente también podrían reducirse.

Recientemente, algunos autores destacaron la importancia de la formulación ecológica de productos fitosanitarios a nanoescala, como las alelopatinas, que pueden cumplir con los requisitos de biocompatibilidad y biodisponibilidad, permitiendo la inserción de diferentes estrategias de manejo integrado y contribuyendo al desarrollo e implementación de nanotecnología verde. Sin embargo, se necesita más investigación y más desarrollo antes que estas herramientas puedan comercializarse (Perotti y col., 2020)

Los biopesticidas están creciendo a un ritmo que excede a los pesticidas químicos y cuando se incorporan a los programas de manejo de plagas pueden proporcionar beneficios importantes, como el manejo de residuos, el escape a la resistencia de las moléculas químicas y el bajo riesgo para los organismos benéficos. Sin embargo, lo más importante es que los biopesticidas pueden mejorar los programas convencionales, aumentando el rendimiento y la calidad en comparación con los programas que solo contienen productos químicos. Los bioplaguicidas satisfacen las demandas de salud y bienestar de los consumidores. Su inclusión en los programas integrados de manejo de plagas junto a otras tecnologías (existentes y en desarrollo) contribuirá a la sostenibilidad de los sistemas productivos.

El futuro es la tecnología y se está comenzando a unir "la granja conectada" con el manejo de plagas.

REFERENCIAS

• Lorsbach BA, Sparks TV, Cicchillo RM, Garizi NV, Hahn DR, and Meyer KG. (2019). Natural Products: A Strategic Lead Generation Approach in Crop Protection Discovery. Pest Management Science, 75: 2301-2309

• Marrone PG. (2019). Pesticidal natural products – status and future potential. Pest Management Science, 75: 2325- 2340

• Perotti VE, Larran AS, Palmieri VE, Martinatto AK, and Permingeat HR (2020). Herbicide resistant weeds: A call to integrate conventional agricultural practices, molecular biology knowledge and new technologies. Plant Science 290, art 110255, pp 1-15.