En busca de alternativas al glifosato como madurador químico: el caso de la caña de azúcar
El glifosato es un insumo utilizado en la agricultura, principalmente para el control de malezas, siendo considerado un herbicida foliar de amplio espectro; esto quiere decir que no discrimina entre cuál planta elimina y cuál no. El control de malezas es importante, ya que estas plantas que crecen junto con los cultivos de interés resultan un problema al competir por espacio y por nutrientes, reduciendo los rendimientos de los cultivos. En este sentido, debido a su eficacia en la supresión de malezas, aunado a su bajo costo y facilidad de uso, el glifosato se utiliza masivamente en la agricultura.
En México, algunos de los nombres de productos comerciales que contienen glifosato son: Cacique, Faena, Trinchera, Látigo, Herbifox, Mochilero, Secafín, Bombazo, Torbellín, Aquamáster y Potro. El mecanismo de acción de este herbicida se centra en la inactivación de una enzima que se encuentra sólo en plantas y en ciertas bacterias. Esta enzima es parte de la vía de síntesis de ciertos aminoácidos esenciales, por lo que la aplicación del glifosato provoca que las plantas no puedan producir las proteínas necesarias para crecer, causando finalmente su muerte (figura 1A).
Por otro lado, además del uso como herbicida, el glifosato también se utiliza como madurador químico en el cultivo de la caña de azúcar (Saccharum officinarum). Este cultivo tiene un lugar importante como actividad económica y social en México; nuestro país se posiciona dentro de las diez principales naciones productores de azúcar de caña en el mundo. Su cultivo tiene una duración cambiable que depende de la variedad de la planta y las condiciones climáticas. Este puede durar entre catorce y diecisiete meses desde la siembra hasta la cosecha. Esta planta está formada por un tallo principal, el cual, en su etapa de maduración (que es cuando acumula la mayor parte de los azúcares), tiende a formar tallos laterales en la base del tallo principal. Esto significa que existe una distribución de los azúcares entre el tallo principal y los nuevos nacimientos, lo que representa dificultades para su cosecha final, ya que disminuye la concentración de azúcar en el tallo principal. Una solución sería retirar de forma manual el crecimiento nuevo, que representaría un aumento en los costos de producción. Otra solución es el uso de maduradores, productos químicos sintéticos o naturales que ayudan a acelerar la acumulación de azúcares en el tallo principal.
Para resolver este reto, a partir de la década de los sesenta se evaluaron diversas estrategias, incluyendo el uso de varios compuestos químicos como ácido giberélico y TBA (2, 3, 6-triclorobenzoico), sulfato y nitrato de cobre y nitrato de zinc, entre otros; sin embargo, no se observaron aumentos significativos en el contenido de sacarosa en el tallo. Posteriormente, en los años setenta se comenzaron a usar compuestos como el ethrel, glifosato, moddus y polaris, que si bien no disminuían el número de brotes de tallos secundarios, sí mostraron incrementos en la cantidad de azúcar en el tallo principal de la caña. Desde entonces, el glifosato es un producto químico que induce la acumulación de sacarosa (azúcar de mesa) al momento de la cosecha de la caña de azúcar. Datos científicos publicados por Pincelli-Souza y colaboradores (2020) y De Almeida Silva y colaboradores (2022) explican que el glifosato aplicado en dosis bajas puede estimular procesos fisiológicos que favorecen la producción de sacarosa en la caña de azúcar.
A nivel mundial el uso de productos que contienen glifosato en la agricultura es amplio y se estima que a partir de los años noventa su utilización se incrementó aún más. Esto ha generado una intensa controversia alrededor de la bioseguridad que implican el glifosato y otros pesticidas para la producción de nuestras frutas y verduras y el impacto ecológico que representan sus residuos en humanos y otras especies, además del suelo y el agua. Asimismo, se ha observado que el uso del glifosato como madurador en algunas variedades puede presentar efectos secundarios en el rebrote de la caña de azúcar, lo que, en consecuencia, significa un problema para el cultivo. Debido a esto, en México se han buscado alternativas que permitan disminuir el uso de pesticidas, en particular el glifosato, en la producción de alimentos, haciendo énfasis en la producción nacional de este tipo de insumos con el propósito de dirigirnos hacía una soberanía alimentaria. En este sentido, en el Laboratorio de Fisiología y Biología Molecular de Plantas y en el Laboratorio de Biotecnología Industrial del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD), en colaboración con el Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (Ciatej), se evaluó la efectividad de tres alternativas al glifosato como maduradores químicos de la caña de azúcar, de bajo impacto ambiental, con disponibilidad en el mercado nacional y producidos por empresas mexicanas.
Para este proyecto se realizaron aplicaciones a nivel de campo con el fin de determinar la eficacia de las alternativas para favorecer la acumulación de sacarosa en la caña de azúcar. Asimismo, se llevaron a cabo experimentos a nivel de laboratorio para evaluar los posibles mecanismos de acción de los productos alternativos. Los tres productos evaluados contenían como principios activos quitosano, fosfito de potasio y ácidos carboxílicos. Los resultados de la aplicación obtenidos por parte del Ciatej mostraron que los tres productos alternativos al glifosato provocaron un efecto positivo en la acumulación de azúcares en la caña, en comparación con el testigo; no obstante, los productos a base de quitosano y ácidos carboxílicos mostraron los mejores resultados, promoviendo un incremento en el porcentaje de sacarosa recuperable en tiempos tempranos (14 y 28 días) después de la aplicación. En términos específicos, en comparación con el control sin tratamiento, los productos que más incrementaron el porcentaje de sacarosa por cada 100 g de caña de manera temprana (14 días), fueron el producto con ácido carboxílicos (1.6 veces), seguido de los productos con quitosano y fosfito de potasio, los cuales incrementaron 1.2 veces el porcentaje de glucosa por cada 100 g de caña.
Por otro lado, con el objetivo de determinar los posibles mecanismos de acción de los productos evaluados como alternativas al glifosato como maduradores químicos, se realizaron experimentos en el laboratorio para determinar si los productos evaluados eran capaces de activar los procesos de síntesis y transporte de azúcares dentro de la planta. Los resultados obtenidos en los laboratorios del CIAD mostraron que los tres productos evaluados causaron una acumulación de sacarosa en hojas maduras, las cuales son productoras de azúcares (tejidos productores) y mediante ellas los azúcares se transportan a otros tejidos (tejidos demandantes) para usarse como fuente energía para el desarrollo, como el caso de las hojas jóvenes. Asimismo, los hallazgos demostraron que los tres productos activaron genes involucrados en la síntesis de azúcares (SUS1) en los tejidos productores y el transporte (SUT2) de azúcares hacía los tejidos demandantes (figura 1B). Estos descubrimientos indican que los tres productos evaluados son capaces de activar la síntesis y transporte de azúcares en la planta en diferentes tiempos y niveles.
Imagen 1. A) Ruta bioquímica del shikimato inhibida por glifosato en hojas. B) Proceso de formación de sacarosa mediante la fotosíntesis. SUS1: sacarosa sintasa, SUT2: traslocador de azúcar por la vía simplástica. SPS2: sacarosa fosfato sintasa, Skm: shikimato, EPSPS1: 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintetasa 1. Imagen adaptada de Chen et al., 2019.
Hasta el momento, después de analizar los resultados encontrados tanto a nivel de campo como en el laboratorio, se puede destacar a los productos que contienen ácidos carboxílicos y quitosano, los cuales mostraron mayor acumulación de azúcares a nivel de campo en tiempos tempranos; también mostraron un mayor nivel de activación de los genes síntesis y transporte de azúcares en los estudios realizados en el laboratorio. Esto sugiere que dichos productos serían opciones viables donde se requiera un menor tiempo entre la aplicación y la cosecha de la caña. No obstante, es necesario realizar estudios de costo-beneficio para elegir cuál podría ser la mejor opción para sustituir al glifosato como madurante químico.
Referencias recomendadas:
Ficha técnica del cultivo de la caña de azúcar (2015).
De Azúcar, Y. F. D. L. (2012). XI. Maduración de la caña de azúcar y floración de la caña de azúcar y su manejo.
Chen, Z., et al. (2019). BMC Plant Biology, 19(1): 1-17.
De Almeida Silva et al. (2022). Science of the total environment, 806, 150503.
Pincelli-Souza, R. P. et al., (2020). Pest Management Science.
Colaboración de Miguel Á. Hernández Oñate, Investigador por México-Conacyt comisionado al CIAD; Ali Asaff Torres, Martín E. Tiznado Hernández, J. Antonio Orozco Avitia, Á. Javier Ojeda Contreras, Eduardo A. Trillo y Víctor Contreras Jácquez, investigadores del CIAD, y Joaquín A. Qui Zapata, investigador del Ciatej.
