Uso de oligosacáridos como fertilizante para plantas y procedimiento de obtención del fertilizante.

Uso de oligosacáridos como fertilizante para plantas y procedimiento de obtención del fertilizante.

Uso de oligosacáridos compuestos de N-acetilglucosamina y glucosamina como fertilizante para plantas, donde el porcentaje de N-acetilglucosamina en dichos oligosacáridos es de entre 60 y 100% y donde la longitud de dichos oligosacáridos es de entre 1 y 6 monosacáridos. Procedimiento de obtención de dichos oligosacáridos que comprende: (a) resuspender quitina con un porcentaje de N-acetilglucosamina entre un 85% y un 100% en agua, (b) calentar la composición resultante a una temperatura entre 120 y 180°C durante un tiempo entre 20 y 40 minutos y dejar enfriar a temperatura ambiente y (c) sonicar la composición resultante a una potencia entre 50 y 60 Hz durante un tiempo entre 5 y 120 minutos a una temperatura entre 20 y 25°C.

La presente invención se refiere al uso de oligosacáridos acetilados derivados de quitina, en concreto oligosacáridos de entre 1 y 6 monosacáridos de longitud y un porcentaje de N- acetilglucosamina entre 60 y 100% como fertilizantes. Los oligosacáridos pueden utilizarse en solitario o mezclados con otros oligosacáridos insolubles o con fertilizantes, ya sea en estado sólido o en resuspensión. La presente invención también se refiere a un procedimiento de obtención de un fertilizante para plantas compuesto por una mezcla de oligosacáridos de entre 1 y 6 monosacáridos con un grado de acetilación entre un 60 y 100% a partir de quitina, que comprende calentamiento y sonicación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La quitina es el segundo polisacárido más abundante en la naturaleza, después de la celulosa, es un biopolímero de alto peso molecular, compuesto por glucosa, rica en carbono y grupos amino, que se unen formando N-acetilglucosamina y glucosamina en proporción variable, lo que le confiere un alto porcentaje en nitrógeno y carbono en su composición. Cuando la cantidad de glucosamina (grupos no acetilados) es lo suficientemente elevada el polímero se hace soluble en medios ácidos acuosos y recibe el nombre de quitosano (aproximadamente esto ocurre cuando el porcentaje de glucosamina es del 60% o superior).

Entre las muy diversas alternativas que se han empleado hasta la fecha como fertilizantes se encuentra el uso de biopolímeros naturales derivados de quitina, solubles y de alto peso molecular, sin embargo su uso y comercialización como fertilizantes no se ha extendido quizá debido a sus conocidas propiedades como activadores de la defensa vegetal y por tanto activadores del estrés en las plantas. La activación del estrés en plantas viene comúnmente asociada a una inhibición del crecimiento vegetal y es por esto que ambos compuestos se han utilizado más comúnmente como plaguicidas y acompañantes de fertilizantes (Khoushab F et al. Chitin research revisited. Mar Drugs. June 28;8(7):1988- 2012; Ramírez M. A et al. (2010). Chitin and its derivatives as biopolymers with potential agricultural applications. Biotechnol. Apl. Dec;27:4; Zhang J et al. (2010). Plant immunity triggered by microbial molecular signatures. Mol Plant. 3(5): 783-93).

El quitosano, así como la quitina, son utilizados en laboratorio y en cultivos como activadores de la respuesta de defensa en las plantas, por ser la quitina, el componente principal tanto del exoesqueleto de insectos como de las esporas de un alto porcentaje de hongos fitopatógenos. El efecto que tanto el quitosano como la quitina de alto peso molecular, producen en plantas, activando a nivel molecular, la inmunidad innata y procesos relacionados con estrés biótico es bien conocido (Povero G et al. (2011). Transcript profiling of chitosan-treated Arabidopsis seedlings. J Plant Res. 2011 Sep;124(5):619-29; Zhang J. et al. (2010). Plant immunity triggered by microbial molecular signatures. Mol Plant. 3(5): 783- 93; Ramonell, K. M. et al. (2002). Microarray analysis of chitin elicitation in Arabidopsis thaliana. Molecular Plant Pathology 3(5): 301-311; Ramonell, K. et al. (2005). Chitin: An elicitor which induces genes implicated in Powdery Mildew Defense responses. Plant Phys. 138:2; Berrocal-Lobo M et al. (2010). ATL9, a RING Zinc Finger Protein with E3 Ubiquitin Ligase Activity Implicated in Chitin and NADPH Oxidase-Mediated Defense Responses. PLoS ONE 5(12): e14426.) Diversos estudios han determinado que los fragmentos de quitina de una longitud de 8 monómeros son reconocidos de forma específica y con mayor afinidad por receptores capaces de activar la respuesta inmune vegetal (Miya A et al. (2007). CERK1, a LysM receptor kinase, is essential for chitin elicitor signaling in Arabidopsis. Proc Nati Acad Sci USA. Dec 4; 104(49): 19613-8; Liu T et al. (2012). Chitin-induced dimerization activates a plant immune receptor. Science. Jun 1 ¡336(6085): 1160-4. doi: 10.1126/science. 1218867; Akamatsu A et al. (2013). An OsCEBiP/OsCERK1-OsRacGEF1- OsRacI module is an essential early component of chitin-induced rice immunity. Cell Host Microbe. Apr 17;13(4):465-76; Hayafune M et al. (2014). Chitin-induced activation of immune signaling by the rice receptor CEBiP relies on a unique sandwich-type dimerization. Proc Nati Acad Sci USA. Jan 21;111(3):E404-13; Cao Y et al. (2014). The kinase LYK5 is a major chitin receptor in Arabidopsis and forms a chitin-induced complex with related kinase CERK1. Elife. Oct 23;3. doi: 10.7554/eLife.03766). Se ha visto que este reconocimiento activa una respuesta en las plantas relacionada con el estrés causado por fitopatógenos, hecho que se ha constatado en diversas especies vegetales como arroz, tomate, trigo, melón, soja o encina (Ebel, J. et al. (1994). Elicitors of plant defense responses. Int. Rev. Cytol. 148:1-36; Shibuya, N. et al. (1996). Localization and binding characteristics of a high- affinity binding site for N-Acetylchitooligosaccharide elicitor in the plasma membrane from suspension-cultured rice cells suggest a role as a receptor for the elicitor signal at the cell surface. Plant Cell Physiol. 37:894-898; Stacey G et al. (1997) Chitin Recognition in rice and legumes. Plant Soil 194: 161-169; Yamada, A. et al. (1993) Induction of phytoalexin formation in suspension-cultured rice cells by N-acetylchitooligosaccharides. Biosci. Biotech.

Biochem. 57: 405-409; Félix, G. et al. (1993). Specific perception of subnanomolar concentrations of chitin fragments by tomato cells: Induction of extracellular alkalinization, changes in protein phosphorylation, and establishment of a refractory State. Plant J. 4:307- 316; Roby, D. et al. (1987). Chitin oligosaccharides as elicitors of chitinase activity in melón plants. Biochem. Biophys. Res. Commun. 143:885-892; Day, R. B. etal. (2001). Binding site for chitin oligosaccharides in the soybean plasma membrane. Plant Physiol. 126:1162-1173; Nishizawa, Y. et al. (1999). Regulation of the chitinase gene expression in suspension- cultured rice cells by N-acetylchitooligosaccharides: Differences in the signal transduction pathways leading to the activation of elicitor-responsive genes. Plant Mol. Biol. 39:907-914). Es por ello que tanto la quitina como el quitosano de alto peso molecular, han sido empleados mezclados o por separado incluso combinados, acompañando a otras sustancias como activadores de la defensa y el estrés en plantas.

La presente invención se refiere a la obtención de un fertilizante compuesto por una mezcla de quitina acetilada en un alto porcentaje y parcialmente digerida, compuesta por fragmentos pequeños lo que le concede un carácter insoluble (y por ello no contaminante) y permite una mayor accesibilidad a su contenido en glucosa y grupos acetilo que las mezclas citadas de quitina en su estado polimérico original, evitando la activación de estrés en la plantas y la necesidad por parte de las plantas o de otros microorganismos u organismos del suelo de liberar quitinasas para la hidrólisis previa de este compuesto para su absorción y digestión.

Un alto número de organismos vivos contienen quitina en su estructura (crustáceos, nematodos, insectos, cefalópodos, hongos, algas, etc.) y muchos microorganismos del suelo y del medio marino poseen capacidad quitinoclástica ó quitinolítica y utilizan la quitina como fuente principal de carbono y nitrógeno para su crecimiento. Estos microorganismos quitinolíticos, ya procedan del medio terrestre o marino pertenecen principalmente a los géneros Proteobacteria, Bacteroidetes, Actinobacteria y Firmicutes; son capaces de degradar los grandes polímeros de quitina procedentes de las estructuras de otros organismos (cubierta de esporas, caparazón de crustáceos, esqueleto de insectos, esqueleto de cefalópodos...), transportar los pequeños derivados de quitina al interior y utilizarlos como fuente de carbono y nitrógeno en su metabolismo intermedio. El mecanismo molecular por el que estos organismos utilizan la quitina como fuente de carbono y nitrógeno es bien conocido (LeCleir, G. R. et al. Chitinase Gene Sequences Retrieved from Environment-Specific Distributions. 2004, 70(12):6977. DOLAppl. Environ. Microbiol. 10.1128/AEM.70.12.6977-6983.2004).

Por otro lado, el posible mecanismo de utilización de estos biopolímeros de quitina por parte de las plantas es desconocido a nivel molecular, aunque se conocen receptores específicos de los mismos, así como de transportadores de amonio o de glucosa, que son los componentes principales de dichos biopolímeros. Es bien conocido que las plantas reconocen la quitina de alto peso molecular y liberan enzimas quitinasas que producen su degradación evitando el crecimiento del patógeno atacante, los fragmentos resultantes sirven de alimento a la microflora del suelo.

La utilización de quitina... [Seguir leyendo]

1. Uso de oligosacáridos compuestos de N-acetilglucosamina y glucosamina como fertilizante para plantas, caracterizado por que el porcentaje de N-acetilglucosamina en dichos oligosacáridos es de entre 60 y 100% y por que la longitud de dichos

oligosacáridos es de entre 1 y 6 monosacáridos.

2. Procedimiento de obtención de un fertilizante para plantas compuesto por oligosacáridos de N-acetilglucosamina y glucosamina, caracterizado por que el porcentaje de N- acetilglucosamina en dichos oligosacáridos es de entre un 60 y 100%, por que la longitud de dichos oligosacáridos es entre 1 y 6 monosacáridos y por que el

procedimiento comprende las siguientes etapas:

(a) resuspender quitina con un porcentaje de N-acetilglucosamina entre un 85% y un 100% en agua,

(b) calentar la composición resultante de la etapa (a) a una temperatura entre 120 y 180°C durante un tiempo entre 20 y 40 minutos y dejar enfriar a temperatura ambiente y

(c) sonicar la composición resultante de la etapa (b) a una potencia entre 50 y 60 Hz

durante un tiempo entre 5 y 120 minutos a una temperatura entre 20 y 25°C.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que en la etapa (a) la quitina se resuspende a una concentración entre 0,04 a 4 g/l.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado por que la composición 20 resultante de la etapa (c) se somete a un proceso de secado.