Expertos de la Universidad de Cádiz aplican nanotecnología para desarrollar un herbicida natural elaborado con cardo silvestre más eficaz contra las malas hierbas

Un equipo de investigación de la Universidad de Cádiz, en colaboración con el Centro de Biotecnología Agrícola y Agroalimentaria de Alentejo en Portugal (CEBAL), ha desarrollado un bioherbicida basado en nanotecnología a partir de compuestos naturales procedentes del cardo silvestre, una planta emparentada con la alcachofa. Los resultados muestran que la formulación incrementa hasta tres veces su acción en ensayos de laboratorio, donde reduce la germinación y el crecimiento de raíces y tallos de malas hierbas comunes que afectan a los cultivos de consumo humano. Además, posee un impacto ambiental menor que los productos comerciales habituales, ya que está basado en productos naturales y compuestos orgánicos biocompatibles.

La principal novedad del estudio reside en el aprovechamiento del cardo Cynara cardunculus, una especie cuyas propiedades herbicidas ya habían sido demostradas previamente por este mismo equipo. En esta ocasión, los investigadores han logrado transformar su extracto en una formulación mucho más eficaz y fácil de aplicar en el campo. “El uso de distintas plantas para proteger los cultivos frente a las malas hierbas se conoce desde la época griega. Lo que hemos hecho es identificar el principio químico que emplean estas especies para defenderse y emplearlo directamente de forma respetuosa con el medio ambiente, ya que procede de un vegetal”, explica a la Fundación Descubre la investigadora de Universidad de Cádiz Rosa María Varela.

Aunque los expertos de este equipo de investigación comprobaron que el extracto de hojas de cardo tenía capacidad para frenar el crecimiento de las malas hierbas, su baja solubilidad en agua dificultaba su aplicación práctica en campos agrícolas.

Para resolver este problema, los investigadores han desarrollado una nanoemulsión, un formato que permite dispersar el extracto en diminutas gotas de aceite dentro del agua y mejorar así su acción. Los ensayos realizados en laboratorio muestran que esta formulación inhibe la germinación y el crecimiento de la raíz y el tallo de las malas hierbas que afectan a muchos cultivos, tanto de hortalizas como de cereales, impidiendo su desarrollo.

De extracto vegetal a nanoemulsión

En la agricultura actual, la cantidad de alimentos que se obtiene de los cultivos sigue dependiendo en gran medida de herbicidas comerciales, cuyo uso continuado plantea retos ambientales como la contaminación de suelos y aguas y la aparición de resistencias, ya que algunas malas hierbas consiguen sobrevivir a su aplicación. Ante este escenario, los investigadores buscan nuevas estrategias basadas en compuestos naturales, más específicos, biodegradables y con mecanismos de acción distintos a los convencionales.

En el estudio titulado ‘Nanoemulsion design of Cynara cardunculus leaves extract rich in sesquiterpene lactones y publicado’ en Pest Management Science, el equipo experto se centra en un extracto obtenido de las hojas de un cardo silvestre emparentado con la alcachofa. Esta planta produce de forma natural unas sustancias defensivas, conocidas como lactonas sesquiterpénicas, que le permiten inhibir el crecimiento de otras plantas con las que compite por los recursos del suelo. “Nosotros ya habíamos demostrado que el extracto tenía una actividad herbicida muy potente, pero presentaba un problema clave: su baja solubilidad en agua, lo que limita mucho su uso práctico en el campo”, detalla Rosa María Varela.

Escala nanométrica

Para poder aplicar estos bioherbicidas correctamente, los agricultores necesitan disponer de agua, y para superar esta limitación, el equipo ha diseñado una nanoemulsión, es decir, una mezcla de pequeñas gotas esféricas de aceite dispersas en agua, con un tamaño inferior a 250 nanómetros. A esa escala, trescientos cincuenta veces menor que el grosor de un pelo humano, el extracto se disuelve mejor y puede actuar con mayor eficacia sobre la planta diana.

Mediante ultrasonidos, el equipo consiguió reducir el tamaño de las gotas hasta esta escala nanométrica, factor que incrementó la biodisponibilidad del compuesto activo. “Cuanto más pequeñas son las gotas, mejor las absorbe la mala hierba y más eficaz resulta el tratamiento”, señala Rosa María Varela.

La formulación se basa en ingredientes comunes y seguros. El aceite de semilla de uva actúa como base del extracto y ayuda a conservarlo sin que se degrade con el paso del tiempo. La pectina, una fibra de origen vegetal, aporta consistencia a la mezcla. Y finalmente, el polisorbato, un compuesto ampliamente utilizado en alimentos y cosméticos, funciona como un ‘pegamento’ que mantiene unidos el aceite y el agua para que la emulsión no se rompa.

Tres veces más eficaz que el extracto sin formular

Los ensayos in vitro realizados frente a varias malas hierbas habituales muestran que la nanoemulsión propuesta en este trabajo es hasta tres veces más eficaz que el extracto vegetal sin formular. En concreto, el estudio se centró en las especies verdolaga (Portulaca oleracea), frecuente en cultivos hortícolas de regadío, como tomate, pimiento o cebolla; llantén menor (Plantago lanceolata), que aparece con frecuencia en cereales y pastos; y alpiste de caña (Phalaris arundinacea), común en cultivos de cereal, áreas de regadío y zonas húmedas donde, según indican los expertos, resulta difícil de controlar.

Los resultados demostraron que la nanoemulsión herbicida inhibe la germinación y el crecimiento tanto de la raíz como del tallo de estas malas hierbas, de este modo evita que éstas se desarrollen.

En el caso de la verdolaga, el sistema superó la eficacia de un herbicida comercial empleado como referencia. Además, los investigadores observaron que la formulación mantiene su eficacia durante al menos 90 días a temperaturas habituales de almacenamiento (entre 4 y 25 grados centígrados). Esto refuerza el potencial del sistema como alternativa natural para el control de malas hierbas muy comunes en cultivos agrícolas.

Un herbicida natural

Los investigadores del grupo FQM286 ‘Alelopatía en plantas superiores y microorganismos’ subrayan que el trabajo se encuentra en una fase inicial de desarrollo y ha sido probado en condiciones controladas de laboratorio, aunque añaden que la formulación propuesta está planteada para emplearse a escala industrial.

El siguiente paso será realizar ensayos en campo, sobre cultivos reales, para comprobar su eficacia y comportamiento en condiciones agrícolas. “El objetivo es avanzar hacia herbicidas más sostenibles, que reduzcan el impacto ambiental y ofrezcan nuevas soluciones frente a la resistencia de las malas hierbas”, concluye la investigadora.

Este trabajo ha sido financiado por la convocatoria de Proyecto de Excelencia de 2021 de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía y la Fundación de la Ciencia y la Tecnología de Portugal.