El cobre se utiliza actualmente como producto fitosanitario (PPP) y / o fertilizante foliar en la agricultura ecológica y convencional en varios países europeos. Sin embargo, su uso es controvertido, por lo que el proyecto de investigación europeo RELACS (Sustitución de insumos contenciosos en sistemas de agricultura ecológica) está buscando alternativas.

Para comprender la importancia del uso de cobre y cómo se puede reducir, el Instituto de Investigación de Agricultura Orgánica de Hungría, está llevando a cabo una serie de experimentos para evaluar el papel del cobre en la nutrición de las plantas, su importancia en la protección de las plantas y sus efectos ambientales. efectos.

Los primeros resultados indican que el PPP alternativo sin cobre llamado BPA038F es más efectivo para prevenir el mildiú velloso en las uvas que su contraparte que contiene cobre. Para confirmar estos hallazgos, los experimentos continuarán durante 2020 y 2021.

¿Con o sin cobre?

Primeros resultados de los experimentos del proyecto RELACS en Hungría sobre la sustitución del cobre en la protección fitosanitaria.

Desde 2019, el Instituto Húngaro de Investigación de Agricultura Orgánica (MKi) coordina una serie de experimentos con el objetivo de probar el pesticida experimental BPA038F. Este pesticida contiene tagatosa y parece adecuado para proteger las plantas contra el moho de uva(Plasmopara viticola). Para entender la importancia del uso del cobre y cómo se puede reducir, es importante tener una visión general del papel del cobre en la nutrición vegetal, su importancia en la protección de las plantas y sus efectos ambientales.

El cobre como nutriente para las plantas

El cobre es un micronutriente esencial para las plantas. Se puede encontrar en muchas enzimas importantes y también juega un papel fundamental en la producción de clorofila. Algunos cultivos, como los cereales, por ejemplo, tienen requisitos de cobre más altos que otros. Si el suministro de cobre es insuficiente, las puntas de las hojas de los cereales se blanquean. Esto es seguido por la formación de hojas estrechas, rizadas, retorcidas y orejas incompletas o vacías (Loch y Nosticzius, 2004). La insuficiencia de cobre rara vez ocurre en la práctica, pero comúnmente se desarrolla en suelos que son ricos en humus, en cuyo caso la insuficiencia no se debe a la falta de cobre sino a su biodisponibilidad.

Una oreja de trigo insuficiente de cobre (fuente: Centro Internacional

de Mejoramiento del Maíz y el Trigo, 2006)Cobre en el suelo

El cobre entra naturalmente en los suelos de las rocas durante la formación del suelo. Como resultado de este proceso, la capa labrada de tierras cultivadas en Hungría tiene un contenido medio de cobre de 5,4 mg por kg (Kádár, 1998). Sin embargo, los metales pesados como el cobre también pueden entrar en los suelos a través de la actividad humana. La incineración de residuos, la metalurgia y la minería de metales no ferrosos, así como las actividades agrícolas (fertilizantes orgánicos y sintéticos, pesticidas y lodos de aguas residuales) presentan una carga ambiental.

El cobre tiene una movilidad deficiente en el suelo, ya que está ligado principalmente a superficies de adsorción orgánicas e inorgánicas, y en concentraciones excesivas, incluso puede evitar la absorción de hierro, manganeso y zinc (Loch y Nosticzius, 2004). Además, las plantas ocupan sólo una cantidad bastante pequeña de cobre, lo que puede conducir a un aumento de las concentraciones de cobre del suelo con el tiempo cuando la carga de cobre es continua. Ciertos factores como la erosión del viento y el agua pueden mitigar la tasa de acumulación, pero esto conduce a la eliminación completa del cobre. En su lugar, puede llegar a otras áreas o a cuerpos de agua.

El cobre tiene un impacto en varios miembros de la biota del suelo. Se sabe desde hace mucho tiempo que las lombrices de tierra prefieren vivir en suelos con menor contaminación del cobre y su reproductividad también aumenta en esas áreas en comparación con las áreas con mayor contenido de cobre (Ma, 1988). La migración de la lombriz de tierra de las zonas contaminadas aumenta y disminuye la posibilidad de recolonización. Debido a esto, las actividades de mejora del suelo de las lombrices de tierra tienen menos efecto en suelos con altas concentraciones de cobre, lo que a su vez tiene un impacto negativo en la gestión del agua de los suelos.

Un estudio realizado por Szabó (2017) arroja luz sobre la concentración media de cobre de los suelos en las regiones vinícolas húngaras. Szabó (2017) estudió 247 viñedos en las capas de 0-30 cm y 30-60 cm del suelo. Tabla 1. muestra que en determinadas regiones vitivinícolas, las concentraciones de cobre son de hasta seis veces (en 0-30 cm de profundidad en la región vinícola de Tokaj: 34,36 mg por kg) de la media de las tierras cultivadas en Hungría (5,4 mg por kg). La mayor concentración de cobre se midió en las antiguas regiones vinícolas tradicionales de Hungría.

Los datos indican el potencial del cobre para acumularse en los suelos cuando se utiliza como pesticida, y cómo tales actividades agrícolas pueden resultar en una contaminación significativa del suelo a largo plazo.

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Cuadro 1: Concentraciones medias de cobre en los suelos de los viñedos en varias de las principales regiones productoras de vino

húngaros, a diversas profundidades, con el número de plantaciones evaluadas (fuente: Szabó, 2017)El cobre como pesticida

El uso de cobre en la protección vegetal comenzó hace varios cientos de años. Las fuentes indican que en 1761 ya se utilizó una solución diluida de sulfato de cobre para disminuir el daño causado por las enfermedades transmitidas por semillas a los frijoles sumergidos. Sin embargo, el verdadero avance en términos del uso del cobre llegó en 1885, cuando el botánico y micólogo francés Pierre-Marie-Alexis Millardet demostró que el cobre era capaz de combatir el moho. Millardet fue el primero en observar que las hileras de viñedos de Burdeos, tratados con cobre para detemente a ladrones y herbívoros, estaban notablemente menos infectadas con moho de uva. Basándose en sus observaciones, desarrolló una solución acuosa que contenía una mezcla de sulfato de cobre y cal afinada – más tarde se conoció como “la mezcla de Burdeos” – que sigue siendo un activo importante en la protección de las uvas y las plantas frutificantes hasta el día de hoy (G-nther, 1998).

La mezcla de Burdeos tiene efectos antibacterianos y antifúngicos debido a los iones de cobre libres (Cu, Cu⁺²⁺) en ella, que puede estar presente en la mezcla de pulverización o puede liberarse de cristales de cobre después de haber sido expuesto a compuestos orgánicos producidos por hongos. Cuando los iones de cobre entran en las células de un patógeno, pueden unirse a muchos grupos químicos diferentes, lo que afecta la función de las enzimas y otras proteínas. Esto resulta en daño celular y membranas con fugas, y finalmente la muerte del patógeno (Husak, 2015).

Como pesticida, el cobre tiene muchas características favorables. Es eficaz a bajas temperaturas ambientales y es adecuado para combatir muchas especies bacterianas y fúngicas. Mientras que en la mayoría de los casos, sustancias modernas y absorbibles actúan a través de un proceso bioquímico dado (por ejemplo, inhiben el funcionamiento de una determinada enzima), el cobre puede antagonizar los procesos fisiológicos de los patógenos de varias maneras. Una de las grandes ventajas del cobre es que los patógenos no pueden volverse resistentes a él, lo que ciertamente no es cierto para las sustancias modernas con mecanismos de acción específicos.

Una desventaja de los productos antifúngicos que contienen cobre es que para garantizar su eficacia, se debe formar y mantener una película en las superficies de las plantas, ya que no pueden entrar en los tejidos vegetales. Por lo tanto, sólo pueden proporcionar un efecto protector preventivo contra las infecciones bacterianas y fúngicas en las superficies de las hojas. También se disuelven fácilmente en agua, lo que promueve el lavado. Debido a esto, es importante garantizar una cobertura adecuada y una protección eficaz, también es esencial que la sustancia activa permanezca, en la medida de lo posible, en el lugar de la aplicación.

También es importante tener en cuenta que los cultivos de frutas de hueso son sensibles al cobre cuando florecen y el cobre también puede causar daños cosméticos a ciertos tipos de manzana (Brahám et al., 2011). Con las uvas, los pesticidas que contienen cobre durante el crecimiento intenso temprano del brote pueden impactar el desarrollo de las partes verdes y las raíces, lo que resulta en un crecimiento deficiente de la planta (Hajdu, 2011). Además, según el Reglamento de Ejecución (UE) 2018/1981 de la Comisión, la cantidad media de siete años de cobre metálico aplicado en una hectárea no debe superar los 28 kg, es decir, un máximo de 4 kg al año. Como hay muchos menos pesticidas disponibles para la agricultura orgánica para prevenir enfermedades fúngicas y bacterianas, este sector depende más de los pesticidas que contienen cobre. Para reducir esta dependencia, se necesitan nuevos plaguicidas alternativos.

El origen y los usos de una alternativa prometedora, D-tagatose

La D-tagatosa es un azúcar natural con una fórmula molecular idéntica a la de la glucosa (C₆H₁₂O₆), y su estructura es la imagen reflejada (enantiómero) de la de la fructosa (véase: Figura 1). Se puede encontrar en el exudado de un árbol tropical, Sterculia setigera, y en ciertas especies de líquenes (Rocella spp.) como el bloque de construcción de oligosacáridos específicos. A través de los procesos enzimáticos de varias bacterias, la ga gactosa se metaboliza parcialmente en D-tagatosa. También se puede encontrar en productos lácteos tratados térmicamente, ya que la lactosa también se transforma en D-tagatosa en pequeñas cantidades cuando se expone al calor. La concentración de D-tagatosa de leche de vaca esterilizada y leche en polvo varía entre 2 y 800 ppm, pero también ocurre en otros productos lácteos, incluido el yogur (B’r, 2004).

Se utiliza más comúnmente en copos de cereales, bebidas gaseosas, pasteles, helados y goma de mascar como un edulcorante bajo en calorías. También se utiliza para enmascarar sabores desagradables en medicamentos. Basado en estudios realizados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA, por susse) no se pueden esperar efectos tóxicos a largo plazo en los seres humanos incluso cuando se consume tagatosa en grandes cantidades (Ibrahim, 2018).

D-tagatose como sustancia activa para pesticidas

Sobre la base de observaciones, algunos “azúcares raros” (es decir, compuestos de azúcar que rara vez se producen en la naturaleza o sólo en pequeñas cantidades) como D-allose o D-psicose inducen resistencia adquirida sistémica (SAR) en ciertas plantas, que es un sistema de defensa no específico de las plantas. Esto resulta en una mayor resistencia contra muchos tipos de patógenos. El proceso comienza con la inducción de genes de resistencia, que también es activado por D-tagatose, pero esto no siempre se manifiesta en un efecto de protección vegetal real. Sin embargo, su eficiencia se confirmó en el moho de pepino, repollo y uva, amortiguación causada por las especies de Phytium, la enfermedad de Phytophthora de tomate y patata, y las enfermedades de hongos polvorientos y óxido de tallo de pepino y cebada (Ohara et al., 2008). Sin embargo, el efecto directo de la etiqueta D sobre estos patógenos aún no se ha aclarado (ib.).

Las pruebas in vitro mostraron que el crecimiento del patógeno que causa la peste tardía(Phytophtora infestans)es limitado en el caldo tratado con tagatosa (Chahed, 2020). Las investigaciones llevadas a cabo causaron graves alteraciones ultraestructurales, con la formación de cristas mitocondriales circulares y concéntricos de los patógenos también (ib.). Estas observaciones indican que vale la pena investigar en condiciones de campo por sus efectos fitosanosos, ya que podemos suponer que tiene un efecto directo sobre ciertos patógenos.

Figura 1: La estructura química de D-tagatose (fuente: georganics.sk)

Aplicación de tagatos en un viñedo húngaro

En 2019, fuimos los primeros en Hungría en probar el producto experimental llamado BPA038F, que contiene tagatosa como principio activo, en condiciones de campo. El ensayo se llevó a cabo en el marco del proyecto RELACS (Reemplazo de insumos contenciosos en sistemas de agricultura ecológica). Probamos el producto en el viñedo ecológico utilizando la variedad Kékfrankos (también conocida como Blaufr-nkisch) En este experimento, comparamos la eficiencia de dos tratamientos diferentes para evitar el moho de uva. Un tratamiento compuesto por productos utilizados en las prácticas de viticultura orgánica: una combinación de Champion WG (cobre-hidróxido) y Microthiol Special (azufre). El otro tratamiento también incluyó Microthiol, pero en este caso, 1% BPA038F se añadió a la mezcla en lugar del producto que contiene cobre.

El área experimental incluía ocho filas, y los tipos de tratamiento se aplicaban en cuatro filas cada una. Evaluamos las 50 vides en cada fila en tres puntos de tiempo diferentes: al final del período de floración (BBCH 71-72), al comienzo de la coloración de la piel de las bayas (BBCH 80-81), y al veraison (BBCH 85-75).

En la primera evaluación, el moho de la uva era más frecuente en el follaje que había sido tratado con tagatosa en comparación con las filas tratadas con cobre, aunque esta diferencia no fue significativa. Sin embargo, estaba claro que la mayoría de las manchas de moho de parecían estar secándose en las filas tratadas con tagatosa, (Figura 2) mientras que aunque el número de manchas de aceite era menor en las plantas tratadas con cobre, el patógeno todavía estaba produciendo activamente esporas. La gravedad de la infección fue similar en las filas tratadas con tagatosa y tratadas con cobre. No hay racimos infectados con moho de moho estaban presentes en ninguna de las filas.

En la segunda evaluación, las manchas de moho de uva eran aún más comunes en el follaje tratado con tagatosa que las tratadas con cobre. En este punto, un número significativo de manchas secas de moho de insejo estaban presentes en el follaje tratado con ambas sustancias. La gravedad de la infección fue similar en las filas tratadas con tagatosa y en las filas tratadas con cobre. En ese momento, el moho polvoriento de uva (Erysiphe necator) también había aparecido en el cultivo. El moho polvoriento activo se observó en un patrón similar a un punto en racimos más cubiertos por el follaje (Figura 3), y un número insignificante de bayas ya había comenzado a dividirse abiertas. Los síntomas del moho polvoriento también habían aparecido en hojas más viejas, pero no había diferencia entre los dos tratamientos con respecto a su aparición.

En la tercera evaluación, el moho de downy era menos común en las vides tratadas con tagatosa en comparación con las parcelas tratadas con cobre. Esta diferencia fue estadísticamente significativa. Sin embargo, la mayoría de las manchas parecían secarse con ambos tratamientos. No se produjeron síntomas de moho deprima en los racimos con ninguno de los dos tratamientos. El moho polvoriento de uva todavía estaba presente en el cultivo .

Resumen

Debido a la alta cantidad de precipitación en mayo de 2019, el moho de uva se convirtió en un serio desafío fitosanitario en la mayoría de las regiones vitivinícolas húngaras, sin embargo, debido a la orientación del viñedo implicado en el estudio y a las medidas agrotécnicas adecuadas, el patógeno podría controlarse con cinco tratamientos de cobre o tagatosa. En las filas tratadas con cobre, la infección fue significativamente más común en la última evaluación que en las filas tratadas con tagatosa. La gravedad de la infección en el follaje tratado con tagatosa fue menor que en el caso de las filas que se trataron con cobre, aunque esta diferencia fue muy pequeña. Si bien esta diferencia no es significativa, sigue siendo un hallazgo sorprendente, ya que el producto estudiado fue capaz de lograr la misma eficiencia que el tratamiento de cobre de control. Este experimento continuará en 2020 y 2021, y también continuaremos investigando el producto.

Reconocimientos

Este proyecto ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención no 773431 (proyecto RELACS).

Referencias

Reglamento de Ejecución (UE) 2018/1981 de la Comisión, de 13 de diciembre de 2018, por el que se renueva la aprobación de las sustancias activas compuestos de cobre, como candidatos a la sustitución, de conformidad con el Reglamento (CE) no 1107/2009 del Parlamento Europeo y del Consejo relativo a la comercialización de productos fitosanitarios, y por el que se modifica el anexo del Reglamento de Ejecución (UE) no 540/2011 de la Comisión Publicado: 13 de diciembre de 2018

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La sustitución de insumos contenciosos en sistemas de agricultura ecológica (RELACS) ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención no 773431. La información contenida en esta comunicación sólo refleja la opinión del autor.

Fuente: RELACS (Replacement of copper in organic farming – First results of RELACS experiments conducted by ÖMKi | RELACS (relacs-project.eu)