Los microbios pueden ayudar a reducir la necesidad de fertilizantes químicos

Los microbios pueden ayudar a reducir la necesidad de fertilizantes químicos

Los microbios pueden ayudar a reducir la necesidad de fertilizantes químicos

Los ingenieros químicos del MIT desarrollaron un recubrimiento organometálico que protege las células bacterianas del daño sin inhibir su crecimiento o función. Estas bacterias secretadas pueden hacer que sea mucho más fácil para los agricultores utilizar los microbios como fertilizante. A la izquierda, el recuadro muestra los componentes que componen la capa protectora del microbio, como lo representa la formación triangular en el recuadro central. Crédito: José-Luis Olivares, MIT, cortesía de investigadores basados ​​en estadísticas

La producción de fertilizantes químicos representa el 1,5% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. Los químicos del MIT esperan ayudar a reducir la huella de carbono reemplazando algunos fertilizantes químicos con una fuente de bacterias más sostenible.

Las bacterias que pueden convertir el gas nitrógeno en amoníaco no sólo pueden proporcionar los nutrientes que las plantas necesitan, sino que también ayudan a regenerar el suelo y proteger a las plantas de las plagas. Sin embargo, estas bacterias son sensibles al calor y la humedad, por lo que resulta difícil aumentar su producción y enviarlas a las granjas.

Para superar este obstáculo, los ingenieros químicos del MIT han desarrollado un recubrimiento organometálico que protege las células bacterianas del daño sin inhibir su crecimiento o función. En un nuevo estudio, descubrieron que estas bacterias secretadas mejoraban la tasa de germinación de una variedad de semillas, incluidas verduras como el maíz y el bok choy.

Este recubrimiento podría hacer que sea mucho más fácil para los agricultores utilizar los microbios como fertilizante, dice Ariel Frost, profesor asistente de desarrollo profesional de Ingeniería Química Paul M. Cook en el MIT y autor principal del estudio.

«Podemos salvarlos del proceso de secado, lo que nos permitirá distribuirlos más fácilmente y a menor costo porque son un polvo seco en lugar de un líquido», afirma. «Pueden soportar temperaturas de hasta 132°F, lo que significa que no es necesario utilizar almacenamiento en frío para estos microbios».

Benjamin Burke y el posdoctorado Gang Fan son los autores principales del artículo de acceso abierto, que se publica JACS Au. Los estudiantes universitarios del MIT Pris Wasuwanich y Evan Moore también son autores del estudio.

protección de gérmenes

Los fertilizantes químicos se elaboran mediante un proceso que consume mucha energía llamado Haber-Bosch, que utiliza una presión extremadamente alta para combinar el nitrógeno del aire con el hidrógeno para producir amoníaco.

Aparte de la importante huella de carbono de este proceso, otra desventaja de los fertilizantes químicos es que su uso prolongado agota los nutrientes del suelo. Para ayudar a restaurar el suelo, algunos agricultores han recurrido a la «agricultura restaurativa», que utiliza una variedad de estrategias, incluida la rotación de cultivos y el compostaje, para mantener el suelo sano. Las bacterias fijadoras de nitrógeno, que convierten el gas nitrógeno en amoníaco, pueden ayudar en este proceso.

Algunos agricultores ya han comenzado a procesar estos «fertilizantes microbianos», cultivándolos en grandes fermentadores in situ antes de aplicarlos al suelo. Sin embargo, su costo es prohibitivo para muchos agricultores.

Enviar estas bacterias a zonas rurales no es actualmente una opción viable, ya que son susceptibles al daño por calor. Los gérmenes también son demasiado frágiles para sobrevivir al proceso de liofilización que los haría más fáciles de transportar.

Para proteger a los microbios del calor y la liofilización, Frost decidió aplicar un recubrimiento llamado red de metal-fenol (MPN), que había desarrollado previamente para cubrir microbios para otros usos, como proteger las bacterias terapéuticas para que no lleguen al sistema digestivo. tracto. .

Los recubrimientos constan de dos componentes (un metal y un compuesto orgánico llamado polifenol) que pueden autoensamblarse formando una capa protectora. Los metales utilizados para los recubrimientos, incluidos el hierro, el manganeso, el aluminio y el zinc, se consideran seguros como aditivos alimentarios. Los polifenoles, que se encuentran en la mayoría de las plantas, incluyen moléculas como taninos y otros antioxidantes. La FDA clasifica muchos de estos polifenoles como GRAS (generalmente considerados seguros).

«Estamos utilizando estos compuestos naturales de calidad alimentaria que sabemos que tienen sus propios beneficios, y luego crean estas pequeñas armaduras que protegen a los microbios», dice Frost.

Para este estudio, los investigadores crearon 12 MPN diferentes y utilizaron Pseudomonas chlororaphis, una bacteria fijadora de nitrógeno que también protege a las plantas de hongos dañinos y otras plagas. Descubrieron que todos los recubrimientos protegían a las bacterias de temperaturas de hasta 50 °C (122 °F) y también de una humedad relativa de hasta el 48 %. Los recubrimientos también mantuvieron vivos a los microbios durante el proceso de liofilización.

Crecimiento para semillas

Utilizando microbios mezclados con el MPN más eficaz, una combinación de manganeso y un polifenol llamado epiglutato (EGCG), los investigadores probaron su capacidad para ayudar a que las semillas germinen en una placa de laboratorio. Calentaron los microbios recubiertos a 50 °C antes de colocarlos en el plato y los compararon con microbios frescos sin recubrimiento y microbios sin recubrimiento liofilizados.

Los investigadores descubrieron que los microbios recubiertos mejoraron la tasa de germinación de las semillas en un 150 por ciento, en comparación con las semillas tratadas con microbios frescos sin recubrimiento. Este resultado es consistente en muchos tipos diferentes de semillas, incluidos el eneldo, el maíz, el rábano y el bok choy.

Frost ha lanzado una empresa llamada SiyaBio para comercializar las bacterias recolectadas para su uso a gran escala en la agricultura de producción. Ella espera que el bajo costo del proceso de producción ayude a que los fertilizantes microbianos sean accesibles para los pequeños agricultores que no tienen los fertilizantes necesarios para cultivar dichos microbios.

«Cuando pensamos en desarrollar tecnología, debemos diseñarla intencionalmente para que sea asequible y accesible, y eso es lo que es esta tecnología. Este nuevo producto ayuda a democratizar la agricultura. «Lo haré», afirma.

Más información:
Benjamin Burke et al, Los nanorrevestimientos autoensamblados protegen los fertilizantes microbianos para una agricultura resiliente al clima, JACS Au (2023). DOI: 10.1021/jacsau.3c00426

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts

Esta historia es cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.

referencia: Los microbios pueden ayudar a reducir la necesidad de fertilizantes químicos (2023, 15 de noviembre) Obtenido el 16 de noviembre de 2023 de https://phys.org/news/2023-11-microbes-chemical-fertilizers.html

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