Los bioestimulantes

Los bioestimulantes agrícolas son unos de los productos más antiguos utilizados en la agricultura; sin embargo, su aplicación no llegó hasta la década de los noventa (99. Salazar Rodríguez Y, Alfonso Martínez J. Los bioestimulantes. Una alternativa para el desarrollo agroecológico cubano. Ecovida. 2021; 11(3), RNPS: 2178/ISSN. 2076-281X, septiembre-diciembre).

Se consideran que son cualquier sustancia de origen biológico u orgánico o de un grupo de microorganismos benéficos que al aplicarse a las plantas, son capaces de mejorar su eficacia en la absorción y asimilación de nutrientes, la tolerancia a estreses bióticos y abiótico. Además, renueva algunas de sus características agronómicas, independientemente del contenido de nutrientes (1010. Du Jardin P. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Science Horticulture. 2015; 196:3-14, Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.021 , 1111. García SD. Función de los aminoácidos como bioestimulantes. Serie Nutrición Vegetal. Número 93. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 2p. gel. Molecules 2017. 13(8):1599-1616, doi: https://www.mdpi.com/1420-3049/13/8/1599/pdf ). También estimula y vigoriza a las plantas desde su la germinación hasta la fructificación, reduce el ciclo de vida del cultivo e incrementa su rendimiento de los cultivos (1212. Díaz Medina A, Suárez Pérez C, Díaz Milanés D, López Pérez Y, Morera Barreto Y, López J. Influencia del bioestimulante FitoMas-E sobre la producción de posturas de cafetos (Coffea arabica L). Centro Agrícola. 2016; 43(4):29-35, ISSN papel: 0253-5785, ISSN on line: 2072-2001; Available from: http://cagricola.uclv.edu.cu).

Estos bioproductos, además, mejoran el desarrollo de las raíces, dando a la planta una superficie mayor para absorber agua y nutrientes, promueven los microorganismos beneficiosos, que descomponen los nutrientes de manera más accesibles para las plantas, equilibran el pH del suelo, mejorando su estructura y logrando un adecuado desarrollo de los cultivos, además de protegerlos de las enfermedades del suelo (1313. González Vega M, Rosales Jenqui P, Castilla Valdés Y, Lacerra Espino JÁ, Ferrer Viva M. Efecto del Bioenraiz como estimulante de la germinación y el desarrollo de plántulas de cafeto (Coffea arabica L.). Cultivos Tropicales. 2015; 36 (1):73-9, Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193237111009 ). Gracias a los al efecto de los bioestimulantes, las plantas son protegidas del estrés y los cambios adverso en su entorno. Esto es debido al enfoque Multiómica que ha ayudado a comprenderla acción de los bioestimulantes a nivel celular en las plantas, donde actúan como mensajeros en la transducción de señales, similares a las fitohormonas y otros compuestos químicos que ayudan a mitigar los impactos de las condiciones ambientales, manteniendo la seguridad alimentaria (1414. Bhupenchandra I, Chongtham SK, Devi EL, Choudhary AK, Salam MD, Sahoo MR, Bhutia TL, Devi SH, Thounaojam AS, Behera CMN, Kumar A, Dasgupta M, Devi YP, Singh D, Bhagowati S, Devi CP, Singh HR, Khaba CI. Role of biostimulants in mitigating the effects of climate change on crop performance. Frontiers in plant science, 2022, 13, 967665. doi: https://doi.org/10.3389/fpls.2022.967665 , 1111. García SD. Función de los aminoácidos como bioestimulantes. Serie Nutrición Vegetal. Número 93. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 2p. gel. Molecules 2017. 13(8):1599-1616, doi: https://www.mdpi.com/1420-3049/13/8/1599/pdf ). Dentro de las categorías de bioestimulantes se encuentran los extractos de algas marinas y de plantas, microbianos (hongos y bacterias beneficiosas), sustancias húmicas, aminoácidos y mezclas de péptidos, quitosanos y otros polímeros y compuestos inorgánicos (1010. Du Jardin P. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Science Horticulture. 2015; 196:3-14, Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.021 , 1111. García SD. Función de los aminoácidos como bioestimulantes. Serie Nutrición Vegetal. Número 93. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 2p. gel. Molecules 2017. 13(8):1599-1616, doi: https://www.mdpi.com/1420-3049/13/8/1599/pdf , 1515. Rouphael Y, Colla G. Editorial: Biostimulants in Agriculture. Frontiers in Plant Science. 2020;11(40):1-7, doi: 10.3389/fpls.2020.00040)

En Cuba, la aplicación de bioestimulantes juega un papel de suma importancia desde el punto de vista económico y ambiental. Económico porque reduce los costos en cuanto a importaciones de insumos para la agricultura ya que estos pueden ser elaborados en territorio nacional con las propias materias primas que cuenta el país. En cuanto al aspecto ambiental, ayudan a proteger a las plantas de los efectos del estrés, se reduce la dependencia de fertilizantes y pesticidas químicos, promoviendo la salud ambiental y la resiliencia. No representa un agente contaminante para el medio ambiente, ni para el hombre, viendo en estos un camino para lograr una agricultura sostenible (99. Salazar Rodríguez Y, Alfonso Martínez J. Los bioestimulantes. Una alternativa para el desarrollo agroecológico cubano. Ecovida. 2021; 11(3), RNPS: 2178/ISSN. 2076-281X, septiembre-diciembre).

Entre los bioestimulantes producidos y empleados en Cuba se encuentran: Biobras-16^® que tiene como principio activo un análogo espirostánico de brasinoesteroides, compuesto orgánico de comprobados efectos estimulantes y afectan positivamente en los rendimientos agrícolas, es producido por el Laboratorio de Productos Naturales de la Facultad de Química de la Universidad de La Habana, el cual tiene una concentración de 1 g L^-1 (1616. Rosabal L, Martínez L, Reyes Y Nuñez M. Resultados preliminares del efecto de la aplicación de Biobras-16^® en el cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2013; 34 (3): 71-75, ISSN digital: 1819-4087.)

FitoMas E^® es un nuevo derivado de la industria azucarera cubana que actúa con marcada influencia antiestrés, presenta efecto bioestimulante, porque potencializa el crecimiento y desarrollo de los cultivos, obtenido y desarrollado en el Instituto Cubano de Investigaciones de Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA). El producto es un coctel natural de sustancias orgánicas intermediarias complejas de alta energía, entre ellas se encuentran aminoácidos, péptidos de bajo peso molecular, bases nitrogenadas e hidratos de carbono (1717. Montano R, Zuaznabar R, García A, Viñals M, Villar J. Fitomas E: Bionutriente derivado de la industria azucarera. ICIDCA. Sobre los derivados de la caña de azúcar.2007; 41 (3): 14-21. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=223120666002 )

Pectimorf^® se reconoce como un biorregulador cubano, obtenido a partir de residuos de la industria citrícola, cuyo principio activo es una mezcla de oligosacáridos de origen péptico, desarrollado por el grupo de productos bioactivos del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA). La capacidad del Pectimorf^® para inducir y desarrollar el enraizamiento e incrementar de forma notable el desarrollo y vigor de las plantas in vitro de diferentes cultivos, lo validan como una alternativa promisoria en la biotecnología vegetal. (1818. Falcón AB. Actividad enraizadora de una mezcla de oligogalacturónidos en pecíolos de violeta africana (Saintpaulia ionantha). Cultivos Tropicales. 2014; (28)2: 8790, ISSN 0258-5936. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193217731012, 1919. Lara Acosta D, Costales Menéndez D, Facón Rodríguez A. Los oligalacturónidos en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Cultivos Tropicales. 2018; 39(2), abril-junio, ISSN 0258-5936, On-line ISSN 1819-4087.).

Liplant^® es un bioestimulador vegetal y portador de nutrientes (Ca, Mg, Na, P₂O₅, K, N), aminoácidos libres, polisacáridos, carbohidratos, elementos inorgánicos, sustancias humificadas, microorganismos benéficos, hormonas vegetales y humus solubles. Producido por la Universidad Agraria de La Habana (UNAH) a partir de vermicompost (2020. Arteaga M, Garcés N, Novo R, Guridi F, Pino JA, Acosta M, Pasos M, Besú D. Influencia de la aplicación foliar del bioestimulante Liplant sobre algunos indicadores biológicos del suelo. Revista de Protección Vegetal. 2007; 22(2):110-117, ISSN: 1010-2752.).

Quitomax^® es un bioproducto líquido cuyo principal componente activo son polímeros de quitosano. Este bioestimulante es aplicado en diferentes cultivos y estimula el desarrollo y la calidad de los mismos. Es un producto comercial del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA) (2121. Falcón-Rodríguez AB, Costales Méndez D, González-Peña Fundora D, Nápoles MC. Nuevos productos naturales para la agricultura: Las oligosacarinas. Cultivos Tropicales. 2015;36(especial):111-129. Available from: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v36s1/ctr10s115.pdf , 2222. Rodríguez-Pedroso AT, Reyes-Pérez JJ, Méndez-Martínez Y, Ramírez-Arrebato MA, Falcón-Rodríguez A, Hernández-Montiel LG. Efecto del QuitoMax^® en el rendimiento del cultivo de arroz (Oryza sativa L) var. J-104. Revista Facultad de Agronomía. 2019;36:98-110, Abril-Junio, ISSN 2477-9407).

Extractos vegetales con actividad bioestimulante contienen una amplia variedad de compuestos bioactivos que mejoran la mayoría de los procesos fisiológicos, estimulan el crecimiento y desarrollo e incrementa la producción final de los cultivos (2323. Bulgari R, Cocetta G, Trivellini A, Vernieri P, Ferrante A. Biostimulants and crop responses: a review. Biological Agriculture Horticulture. 2015; 31:1-17, doi:10.1080/01448765.2014.964649)

Cultivo del arroz

El arroz (Oryza sativa, L) es el alimento básico para más de la mitad de la población mundial; se considera el más importante del mundo por la extensión de la superficie en que se cultiva y la cantidad de personas que dependen de su cosecha. Constituye uno de los cereales más ampliamente cultivados en el mundo, con una producción promedio anual de aproximadamente 523.73 millones de toneladas, siendo Asia con China e India los que dominan la producción mundial de arroz, representando juntos más de la mitad de la producción mundial, seguida por América, con una producción de 37 millones de toneladas (5 % del total global), lo que explica la enorme importancia estratégica de la producción de arroz para muchos países de nuestro continente.

En Cuba, el arroz constituye una parte importante en la dieta diaria de la población, siendo el consumo per cápita actual uno de los más altos de América Latina, cuyo estimado es de unos 80,38 kg anual (2424. Del Valle-Moreno J, González-Viera D, Meneses P, Saborit R, Delgado-Torres C. Estimación del rendimiento agrícola del arroz (Oryza sativa L.) en función de diferentes variables climáticas. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. 2020; 29(3):97-102, julio-agosto-septiembre, ISSN -1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.). Sin embargo, los rendimientos son bajos de 2,61 t. ha^-1 debido al efecto de diversos factores, bióticos y abióticos, entre ellos: las plagas y las enfermedades, las variables climatológicas, sequía, salinidad. Además, de la tendencia al incremento de los costos de producción por aumento en los precios de los principales insumos, pero como refieren algunos autores (2525. Suárez E, Alfonso R, Cabañas M. Instructivo Técnico del Cultivo del Arroz. Eds: Alfonso R, Rivero L, Suárez E, Martínez J, Riverón A, Cabañas M, González T, Alemán L, Adelfa A y Contreras Y. Instituto de Investigaciones de Granos. 2020. Artemisa 173p.), con la aplicación de la Ciencia y la Técnica, la humanidad debe producir con mayor sostenibilidad, eficiencia y protección del medio ambiente. Cuba ha decidido reanimar la producción de arroz mediante un programa de desarrollo que permita, de manera paulatina, alcanzar el autoabastecimiento nacional (2525. Suárez E, Alfonso R, Cabañas M. Instructivo Técnico del Cultivo del Arroz. Eds: Alfonso R, Rivero L, Suárez E, Martínez J, Riverón A, Cabañas M, González T, Alemán L, Adelfa A y Contreras Y. Instituto de Investigaciones de Granos. 2020. Artemisa 173p.). Entre los resultados actuales de la agricultura cubana, es de gran importancia contar con productos de origen natural, no tóxicos, obtenidos a partir de materias primas nacionales, mediante metodologías que reduzcan los costos de producción y aumenten los rendimientos en igual área cultivable y con las mismas o menores aplicaciones de fertilizantes y plaguicidas químicos importados a precios elevados (2626. Falcón Rodríguez AB, González-Peña D, Nápoles García MC, Morales Guevara DM, Núñez Vázquez MC, Cartaya Rubio OE, Martínez González L, Terry Alfonso E, Costales Menéndez D, Dell Amico JM, Jerez Mompié E, González Gómez LG, Jiménez Arteaga MC. Oligosacarinas como bioestimulantes para la agricultura cubana. Anales de la Academia de Ciencias de Cuba. 2021; 11(1): enero-abril, ISSN 2304-0106, RNPS 2308.).

Uso de los bioestimulantes en el cultivo del arroz

Los resultados de la aplicación de los bioestimulantes cubanos en el cultivo del arroz dependen de la dosis y el momento de aplicación.

En el cultivar INCA LP 2 se aplicaron dos dosis (20 y 50 mg ha^-1) de Biobras-16^® en diferentes momentos y en las dos campañas, la de frío y la de primavera, donde se pudo apreciar un incremento en los rendimientos de forma significativa en la campaña de frío, solamente en el número de panículas m^-2; mientras que en la campaña de primavera se incrementó la misma variable, el número de granos llenos panícula^-1 y la masa de 1 000 granos (2727. Díaz S, Morejón R, Núñez M. Effects of BIOBRAS-16 on rice (Oryza sativa L.) yield and other characters. Cultivos Tropicales. 2003; 24(2): 35-40, Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193218174006 ). Otros autores, al mismo cultivar, le aplicaron tres dosis del producto (20, 50 y 100 mg ha^-1) pero de Biobrás-6 también en las dos campañas y en dos momentos diferentes, obteniéndose los mejores resultados donde se aplicó la dosis 50 mg ha^-1 fraccionada en partes iguales en el ahijamiento activo e inicio de la paniculación o inicio de la paniculación y llenado del grano, para las campañas de frío y primavera, respectivamente (2828. Morejón R, Díaz S, Núñez M. Efecto del análogo de brasinoesteroides BIOBRAS-6 en el rendimiento y otros caracteres en el cultivo del arroz (Oryza sativa L.). Cultivos Tropicales. 2004; (25):1, 55-59. Available from: https://www.redalyc.org/pdf/1932/193230179009.pdf ).

Otros estudios realizados, pero en condiciones in vitro fue la combinación de análogos de brasinoesteroides y reguladores del crecimiento, tanto en la formación de callos como para la regeneración de plantas. Se pudo constatar que el BB-6 puede ser utilizado en sustitución de la citoquinina en la regeneración de plantas a partir de callos de arroz (Oryza sativa L) de las variedades Amistad-82 e INCA LP 10, ya que estimuló notablemente la diferenciación celular (2929. González M,; Merrys AK, Núñez M. Utilización del brasinoesteroide como posible sustituto de citoquininas in vitro. Cultivos Tropicales. 1994; 15(3):78.).

Dentro de los bioestimulantes, también se encuentran los oligogalacturónidos compuestos que son capaces de estimular respuesta de defensa y de regular el crecimiento y desarrollo de las plantas. En este sentido, se aplicaron diferentes concentraciones (0, 10 y 20 mg.L^-1) de una mezcla de oligogalacturónidos (MOGs) tanto por tratamiento a la semilla de arroz del cultivar INCA LP 7 durante 24 h como por adición a la solución nutritiva Hoagland, suplementada con NaCl 100 mmol L^-1 (3030. Núñez Vázquez M, Martínez González L, Reyes Guerrero Y. Oligogalacturónidos estimulan el crecimiento de plántulas de arroz cultivadas en medio salino. Cultivos Tropicales. 2018; 39(2):96-100, ISSN impreso: 0258-5936, ISSN digital:1819-4087). Las plantas del tratamiento salino disminuyeron la longitud del vástago y de las raíces; sin embargo, donde se trataron MOGs 20 mg L^-1 mostraron una respuesta contraria, además de observarse un incremento en la actividad peroxidasa en las hojas y una disminución en la concentración de prolina, que permite menor estrés y mejor aclimatización en el medio salino.

El QuitoMax^® fue aplicado tanto al cultivar de arroz J-104 y a la INCA LP 5 en diferentes momentos y forma de aplicación, donde en ambos cultivares, se pudo apreciar una mejor respuesta cuando se trataron las semillas durante 15 minutos y la planta recibió las dos aplicaciones foliares con QuitoMax^® (2222. Rodríguez-Pedroso AT, Reyes-Pérez JJ, Méndez-Martínez Y, Ramírez-Arrebato MA, Falcón-Rodríguez A, Hernández-Montiel LG. Efecto del QuitoMax^® en el rendimiento del cultivo de arroz (Oryza sativa L) var. J-104. Revista Facultad de Agronomía. 2019;36:98-110, Abril-Junio, ISSN 2477-9407, 3131. Rodríguez-Pedroso AT, Ramírez-Arrebato MA, Facón-Rodríguez AB, Bautista-Baños S, Ventura-Zapata E, Valle-Fernández Y. Efecto del Quitomax^® en el rendimiento y sus componentes del cultivar de arroz (Oryza sativa L) var, INCA LP 5. Cultivos Tropicales. 2017; 38(4):156-159, octubre-diciembre, ISSN impreso: 0258-5936, ISSN digital: 1819-4087).

Por otra parte, algunos autores (3232. Pérez Mesa S, Rodríguez Pedroso AT y Ramírez Arrebato MA. Efecto de diferentes concentraciones de quitosana sobre la germinación y crecimiento de plántulas de arroz (Oryza sativa L). Revista Científica Avances. 2015; 17(4), octubre-diciembre, ISSN 1562-3297 RNPS 1893.) evaluaron el efecto de diferentes concentraciones de quitosano (100, 500, 1000 y 2000 mg L^-1), principio activo del QuitoMax^®, sobre la germinación y crecimiento de las plántulas del cultivar de arroz J-104 y encontraron que las semillas embebidas a la concentración de 1000 mg L^-1, las primeras en germinar en relación con el resto de los tratamientos. En cuanto a la variable altura de la planta, la concentración 2000 mg L^-1 fue mejor que el testigo con diferencias significativa entre ellos y se apreció esta misma tendencia con los otros tratamientos con quitosano, aunque no se encontró diferencia estadística. También la concentración de 2000 mg L^-1 fue en la que se obtuvo las mayores masas frescas foliares de las plántulas, encontrándose que a medida que aumentó la concentración de quitosano aumentó la masa obtenida.

En el caso del Fitomas E^®, algunos investigadores evaluaron el efecto de diferentes dosis (1,5; 2,0 y 2,5 L ha^-1) sobre el cultivar Selección I y observaron un efecto positivo sobre el crecimiento vegetativo del mismo (3333. Ramos Escalona M, Alarcón Zayas A, Pérez Figueredo KD. Evaluación del bioestimulante Fitomas-E en el cultivo del arroz (Oryza sativa L) variedad Selección I (Original). Revista Granmense de Desarrollo Local. 2022;6(4): 221-238, octubre-diciembre. Available from: https://redel.udg.co.cu), así como en el rendimiento agrícola y sus componentes (panículas m^-2, granos llenos por panícula y masa de 1000 granos), aunque los mejores resultados con la dosis 2.0 L ha^-1 con rendimiento de 5,82 t ha^-1, 29,8 g masa de 1000 granos, 105,6 granos llenos por panícula y 422,6 panículas m^-2.

Ácidos húmicos extraídos a partir de vermicompost de estiércol vacuno fueron aplicados en dos concentraciones (34 y 46 mg L^-1) en condiciones controladas y semicontroladas sobre la variedad IACuba 30. En condiciones controlas se mostró un efecto positivo de estos compuestos sobre la germinación, con un aumento en la emisión de raíces y pelos radicales hasta un 60 % superior al control. En condiciones semicontroladas se estimuló la actividad peroxidasas, aumentó el contenido de proteínas, indicativo de estimulación en la biosíntesis y consumo de aminoácidos, mostrando las potencialidades como protector ante el estrés hídrico (3434. Hernández R, García A, Portuondo L, Muñiz S, Berbara R, Izquierdo F. Protección antioxidativa de los ácidos húmicos extraídos de vermicompost en arroz (Oryza sativa L) var. IACuba 30. Revista Protección Vegetal. 2012; 27(2):102-110. Available from: https://www.researchgate.net/publication/336724240 ). Otro grupo de trabajo evalúo en este caso el efecto de dos extractos de sustancias húmicas (ESH I y ESH II) sobre el cultivar de arroz INCA LP 5, donde se pudo apreciar que los extractos no ejercieron efecto sobre la germinación de las semillas de arroz, no obstante, el ESH II aumentó la longitud de la radícula y el coleoptilo. Sin embargo, ambos extractos tuvieron una respuesta positiva en cuanto a la parte aérea (22. Galbán-Méndez JM, Martínez-Balmori D y González-Viera D. Efecto de extractos de sustancias húmicas en la germinación y el crecimiento de plántulas de arroz (Oryza sativa L), cv. INCA LP5. Cultivos Tropicales. 2021; 42(1), e05, ISSN impreso: 0258-5936, ISSN digital: 1819-4087).

Se evaluaron tres extractos vegetales acuosos, obtenidos a partir de: morera (Morus alba), sauce (Salix babylonica) y una mezcla proporcionada de morera y sauce sobre la germinación de semillas de arroz del cultivar INCA LP 5 en la provincia de Granma que al tratar la semilla durante 48 h, con los diferentes extractos, se apreció que el extracto foliar de sauce alcanzó el 96,0 % de semillas germinadas en solo seis días (3535. Chávez Núñez A, Rodríguez Rodríguez S y Miranda Hidalgo D. Evaluación de extractos vegetales en la germinación de semillas de arroz (Oryza sativa L) cultivar LP 5 en Yara, provincia Granma. Revista Granmense de Desarrollo Local. 2021;5(2) abril-junio. Available from: https://redel.udg.co.cu).

Por otra parte, fue evaluado el efecto del Liplant^® sobre la callogénesis y regeneración in vitro de los cultivares de arroz: INCA LP 5, IACuba 28 y LC88-66, con el objetivo de mejorar la calidad y cantidad del material destinado a la transformación genética de esta especie. El Liplant^® potenció el efecto del 2,4-D en la callogénesis in vitro del arroz. Las menores concentraciones de Liplant^® favorecieron la generación de plantas en la variedad INCA LP 5, mientras que, en las dos variedades restantes, el bioestimulante no provocó incrementos en la regeneración con respecto al control. Los resultados sugieren el empleo de este bioestimulante como complemento del 2.4-D en la obtención de callos de arroz para la transformación genética de esta especie (3636. Godoy L, Héctor E, Valera E, Torres A. Callogénesis y regeneración in vitro de arroz (Oryza sativa L) con los bioestimulantes cubanos Biostan y Liplant. Cultivos Tropicales. 2006;27(3):31-36. Available from: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193215825004 ).

En cuanto al Pectimorf^® se determinó si el tratamiento a la semilla INCA LP7 era capaz de estimular la germinación en medio salino. Para ello, sumergieron las semillas durante 24 h en diferentes concentraciones de Pectimorf^® (10, 20 y 40 mg L^-1). Los investigadores observaron que la aplicación de 10 y 40 mg L^-1 del bioproducto aumentó significativamente el porcentaje final de germinación y el índice de vigor en medio salino (3737. Pérez-Domínguez G, López-Padrón I, Martínez-González L, Reyes-Guerrero Y, Núñez-Vázquez M de la C. Bioestimulantes promueven la germinación de semillas de arroz (Oryza sativa L.) en medio salino. Cultivos Tropicales. [Internet]. 31 de enero de 2023 [citado 19 de octubre de 2023];43(2):e10. Available from: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1661 ).

La calidad industrial del grano de arroz es otro de los parámetros evaluados al aplicarle los bioestimulantes: Biobras-16^® y QuitoMax^®. Los mejores momentos de aplicación se obtuvieron con el QuitoMax^® con pregerminación en solución de 1 g L^-1 y aspersión con una dosis de 360 mg ha^-1 a los 20 días después de germinado con un rendimiento de 3,96 t ha^-1 y para el Biobras-16^® con pregerminación en agua y aspersión con dosis de 10 mg ha^-1 a los 40 días después de germinado con un rendimiento industrial de 3,85 t ha^-1 (3838. González YA, González LG, Lanchimba WI. Calidad industrial del arroz bajo el efecto de la aplicación de Biobrás-16^® y Quitomax^®. Revista Granmense de Desarrollo Local. 2023; 7(2): abril-junio, ISSN: 2664-3065 RNPS: 2448.).

Bioestimulants

Agricultural biostimulants are among the oldest products used in farming; however, their widespread application did not begin until the 1990s (99. Salazar Rodríguez Y, Alfonso Martínez J. Los bioestimulantes. Una alternativa para el desarrollo agroecológico cubano. Ecovida. 2021; 11(3), RNPS: 2178/ISSN. 2076-281X, septiembre-diciembre). They are defined as any substance of biological or organic origin, or a group of beneficial microorganisms, that when applied to plants, enhance nutrient uptake and assimilation, improve tolerance to biotic and abiotic stresses, and renew certain agronomic traits regardless of their nutrient content (1010. Du Jardin P. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Science Horticulture. 2015; 196:3-14, Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.021 , 1111. García SD. Función de los aminoácidos como bioestimulantes. Serie Nutrición Vegetal. Número 93. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 2p. gel. Molecules 2017. 13(8):1599-1616, doi: https://www.mdpi.com/1420-3049/13/8/1599/pdf ). Biostimulants also stimulate and invigorate plants from germination to fruiting, shorten the crop cycle, and increase overall yield (1212. Díaz Medina A, Suárez Pérez C, Díaz Milanés D, López Pérez Y, Morera Barreto Y, López J. Influencia del bioestimulante FitoMas-E sobre la producción de posturas de cafetos (Coffea arabica L). Centro Agrícola. 2016; 43(4):29-35, ISSN papel: 0253-5785, ISSN on line: 2072-2001; Available from: http://cagricola.uclv.edu.cu).

These bioproducts further promote root development, expanding the surface area for water and nutrient absorption. They foster beneficial microorganisms that break down nutrients into more accessible forms for plants, balance soil pH, improve soil structure, and support healthy crop development while protecting against soil-borne diseases (1313. González Vega M, Rosales Jenqui P, Castilla Valdés Y, Lacerra Espino JÁ, Ferrer Viva M. Efecto del Bioenraiz como estimulante de la germinación y el desarrollo de plántulas de cafeto (Coffea arabica L.). Cultivos Tropicales. 2015; 36 (1):73-9, Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193237111009 ). Thanks to their effects, biostimulants help plants withstand stress and adverse environmental changes. This is attributed to the multi-omics approach, which has advanced our understanding of biostimulant action at the cellular level, where they function as signal transduction messengers similar to phytohormones and other chemical compounds that mitigate environmental impacts and contribute to food security (1414. Bhupenchandra I, Chongtham SK, Devi EL, Choudhary AK, Salam MD, Sahoo MR, Bhutia TL, Devi SH, Thounaojam AS, Behera CMN, Kumar A, Dasgupta M, Devi YP, Singh D, Bhagowati S, Devi CP, Singh HR, Khaba CI. Role of biostimulants in mitigating the effects of climate change on crop performance. Frontiers in plant science, 2022, 13, 967665. doi: https://doi.org/10.3389/fpls.2022.967665 , 1111. García SD. Función de los aminoácidos como bioestimulantes. Serie Nutrición Vegetal. Número 93. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 2p. gel. Molecules 2017. 13(8):1599-1616, doi: https://www.mdpi.com/1420-3049/13/8/1599/pdf ).

Biostimulants fall into several categories, including marine and plant extracts, microbial agents (beneficial fungi and bacteria), humic substances, amino acids and peptide blends, chitosans, other polymers, and inorganic compounds (1010. Du Jardin P. Plant biostimulants: Definition, concept, main categories and regulation. Science Horticulture. 2015; 196:3-14, Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.021 , 1111. García SD. Función de los aminoácidos como bioestimulantes. Serie Nutrición Vegetal. Número 93. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 2p. gel. Molecules 2017. 13(8):1599-1616, doi: https://www.mdpi.com/1420-3049/13/8/1599/pdf , 1515. Rouphael Y, Colla G. Editorial: Biostimulants in Agriculture. Frontiers in Plant Science. 2020;11(40):1-7, doi: 10.3389/fpls.2020.00040).

In Cuba, the use of biostimulants plays a crucial role both economically and environmentally. Economically, they reduce agricultural input costs by replacing imported products with locally manufactured alternatives derived from domestic raw materials. Environmentally, they protect plants from stress, reduce dependence on chemical fertilizers and pesticides, and promote ecological health and resilience. These products pose no contamination risk to the environment or human health, offering a pathway toward sustainable agriculture (99. Salazar Rodríguez Y, Alfonso Martínez J. Los bioestimulantes. Una alternativa para el desarrollo agroecológico cubano. Ecovida. 2021; 11(3), RNPS: 2178/ISSN. 2076-281X, septiembre-diciembre).

Among the biostimulants produced and used in Cuba are:

Biobras-16 ^® , whose active ingredient is a spirostanic analogue of brassinosteroids an organic compound with proven stimulatory effects that positively, influences agricultural yields. The Natural Products Laboratory of the Faculty of Chemistry at the University of Havana, with a concentration of 1 g L⁻¹, produces it (1616. Rosabal L, Martínez L, Reyes Y Nuñez M. Resultados preliminares del efecto de la aplicación de Biobras-16^® en el cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.). Cultivos Tropicales. 2013; 34 (3): 71-75, ISSN digital: 1819-4087.).

FitoMas E ^® , a novel derivative from the Cuban sugar industry, exhibits strong anti-stress properties and biostimulant effects by enhancing crop growth and development. The Cuban Institute developed it for Research on Sugarcane Derivatives (ICIDCA). The product is a natural cocktail of high-energy organic intermediary substances, including amino acids, low molecular weight peptides, nitrogenous bases, and carbohydrates (1717. Montano R, Zuaznabar R, García A, Viñals M, Villar J. Fitomas E: Bionutriente derivado de la industria azucarera. ICIDCA. Sobre los derivados de la caña de azúcar.2007; 41 (3): 14-21. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=223120666002 ).

Pectimorf ^® , recognized as a Cuban bioregulator, is derived from citrus industry residues. Its active ingredient is a mixture of pectic-origin oligosaccharides, developed by the Bioactive Products Group of the National Institute of Agricultural Sciences (INCA). Pectimorf^® has demonstrated the ability to induce rooting and significantly enhance the development and vigor of in vitro plants across various crops, validating its promise in plant biotechnology (1818. Falcón AB. Actividad enraizadora de una mezcla de oligogalacturónidos en pecíolos de violeta africana (Saintpaulia ionantha). Cultivos Tropicales. 2014; (28)2: 8790, ISSN 0258-5936. Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193217731012, 1919. Lara Acosta D, Costales Menéndez D, Facón Rodríguez A. Los oligalacturónidos en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Cultivos Tropicales. 2018; 39(2), abril-junio, ISSN 0258-5936, On-line ISSN 1819-4087.).

Liplant ^® , a plant biostimulator and nutrient carrier, contains Ca, Mg, Na, P₂O₅, K, N, free amino acids, polysaccharides, carbohydrates, inorganic elements, humified substances, beneficial microorganisms, plant hormones, and soluble humus. The Agrarian University of Havana (UNAH) from vermicompost (2020. Arteaga M, Garcés N, Novo R, Guridi F, Pino JA, Acosta M, Pasos M, Besú D. Influencia de la aplicación foliar del bioestimulante Liplant sobre algunos indicadores biológicos del suelo. Revista de Protección Vegetal. 2007; 22(2):110-117, ISSN: 1010-2752.) produces it.

Quitomax ^® , a liquid bioproduct whose main active component is chitosan polymers. This biostimulant is applied to various crops, enhancing their development and quality. It is a commercial product of the National Institute of Agricultural Sciences (INCA) (2121. Falcón-Rodríguez AB, Costales Méndez D, González-Peña Fundora D, Nápoles MC. Nuevos productos naturales para la agricultura: Las oligosacarinas. Cultivos Tropicales. 2015;36(especial):111-129. Available from: http://scielo.sld.cu/pdf/ctr/v36s1/ctr10s115.pdf , 2222. Rodríguez-Pedroso AT, Reyes-Pérez JJ, Méndez-Martínez Y, Ramírez-Arrebato MA, Falcón-Rodríguez A, Hernández-Montiel LG. Efecto del QuitoMax^® en el rendimiento del cultivo de arroz (Oryza sativa L) var. J-104. Revista Facultad de Agronomía. 2019;36:98-110, Abril-Junio, ISSN 2477-9407).

Plant extracts with biostimulant activity contain a wide range of bioactive compounds that enhance most physiological processes, stimulate growth and development, and increase the final crop yield (2323. Bulgari R, Cocetta G, Trivellini A, Vernieri P, Ferrante A. Biostimulants and crop responses: a review. Biological Agriculture Horticulture. 2015; 31:1-17, doi:10.1080/01448765.2014.964649).

Rice cultivation

Rice (Oryza sativa L.) is the staple food for more than half of the global population and it is considered the most important crop worldwide due to the vast area under cultivation and the number of people dependent on its harvest. It is one of the most widely cultivated cereals globally, with an average annual production of approximately 523.73 million tons. Asia, led by China and India, dominates global rice production, together accounting for over half of the total output, followed by the Americas with 37 million tons (5 % of the global total), underscoring the strategic importance of rice production for many countries in the region.

In Cuba, rice is a key component of the daily diet, with a per capita consumption estimated at 80.38 kg annually, one of the highest in Latin America (2424. Del Valle-Moreno J, González-Viera D, Meneses P, Saborit R, Delgado-Torres C. Estimación del rendimiento agrícola del arroz (Oryza sativa L.) en función de diferentes variables climáticas. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. 2020; 29(3):97-102, julio-agosto-septiembre, ISSN -1010-2760, E-ISSN: 2071-0054.). However, yields remain low at 2.61 t ha⁻¹ due to various biotic and abiotic factors, including pests, diseases, climatic variability, drought, and salinity. Additionally, rising production costs driven by increased prices of key agricultural inputs pose further challenges. Science and technology must be applied to achieve more sustainable, efficient, and environmentally protective agricultural practices. Cuba has launched a development program aimed at gradually achieving national self-sufficiency in rice production (2525. Suárez E, Alfonso R, Cabañas M. Instructivo Técnico del Cultivo del Arroz. Eds: Alfonso R, Rivero L, Suárez E, Martínez J, Riverón A, Cabañas M, González T, Alemán L, Adelfa A y Contreras Y. Instituto de Investigaciones de Granos. 2020. Artemisa 173p.). Among the current outcomes of Cuban agriculture, the use of natural, non-toxic products derived from domestic raw materials through cost-reducing methodologies is crucial for increasing yields on the same cultivated area with equal or reduced applications of expensive imported fertilizers and pesticides (2626. Falcón Rodríguez AB, González-Peña D, Nápoles García MC, Morales Guevara DM, Núñez Vázquez MC, Cartaya Rubio OE, Martínez González L, Terry Alfonso E, Costales Menéndez D, Dell Amico JM, Jerez Mompié E, González Gómez LG, Jiménez Arteaga MC. Oligosacarinas como bioestimulantes para la agricultura cubana. Anales de la Academia de Ciencias de Cuba. 2021; 11(1): enero-abril, ISSN 2304-0106, RNPS 2308.).

Use of biostimulants in rice cultivation

The effectiveness of Cuban biostimulants in rice cultivation depends on dosage and timing of application.

In the INCA LP 2 cultivar, two doses (20 and 50 mg ha⁻¹) of Biobras-16^® were applied during different stages across two growing seasons cold and spring. A significant yield increase was observed during the cold season, specifically in the number of panicles per square meter. In the spring season, improvements were noted in the same variable, as well as in the number of filled grains per panicle and the weight of 1,000 grains (2727. Díaz S, Morejón R, Núñez M. Effects of BIOBRAS-16 on rice (Oryza sativa L.) yield and other characters. Cultivos Tropicales. 2003; 24(2): 35-40, Available from: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193218174006 ). Other researchers applied three doses (20, 50, and 100 mg ha⁻¹) of Biobras-6 to the same cultivar across both seasons and different growth stages. The best results were obtained with a 50 mg ha⁻¹ dose split equally between active tillering and panicle initiation (cold season), and between panicle initiation and grain filling (spring season) (2828. Morejón R, Díaz S, Núñez M. Efecto del análogo de brasinoesteroides BIOBRAS-6 en el rendimiento y otros caracteres en el cultivo del arroz (Oryza sativa L.). Cultivos Tropicales. 2004; (25):1, 55-59. Available from: https://www.redalyc.org/pdf/1932/193230179009.pdf ).

In vitro studies combining brassinosteroid analogs and growth regulators showed that BB-6 could replace cytokinins in regenerating rice plants from callus tissue of the Amistad-82 and INCA LP 10 varieties, significantly stimulating cellular differentiation (2929. González M,; Merrys AK, Núñez M. Utilización del brasinoesteroide como posible sustituto de citoquininas in vitro. Cultivos Tropicales. 1994; 15(3):78.).

Among biostimulants, oligogalacturonides are compounds capable of triggering defense responses and regulating plant growth. Some authors applied different concentrations (0, 10, and 20 mg L⁻¹) of a mixture of oligogalacturonides (MOGs) to rice seeds of the INCA LP 7 cultivar for 24 hours and to Hoagland nutrient solution supplemented with 100 mmol L⁻¹ NaCl (3030. Núñez Vázquez M, Martínez González L, Reyes Guerrero Y. Oligogalacturónidos estimulan el crecimiento de plántulas de arroz cultivadas en medio salino. Cultivos Tropicales. 2018; 39(2):96-100, ISSN impreso: 0258-5936, ISSN digital:1819-4087). Salinity-treated plants showed reduced shoot and root length, while those treated with 20 mg L⁻¹ MOGs exhibited the opposite response, along with increased leaf peroxidase activity and reduced proline concentration, indicating lower stress and better acclimatization to saline conditions.

QuitoMax^® was applied to rice cultivars J-104 and INCA LP 5 at different stages and via various methods. The best results were observed when seeds were treated for 15 minutes and plants received two foliar applications of QuitoMax^® (2222. Rodríguez-Pedroso AT, Reyes-Pérez JJ, Méndez-Martínez Y, Ramírez-Arrebato MA, Falcón-Rodríguez A, Hernández-Montiel LG. Efecto del QuitoMax^® en el rendimiento del cultivo de arroz (Oryza sativa L) var. J-104. Revista Facultad de Agronomía. 2019;36:98-110, Abril-Junio, ISSN 2477-9407, 3131. Rodríguez-Pedroso AT, Ramírez-Arrebato MA, Facón-Rodríguez AB, Bautista-Baños S, Ventura-Zapata E, Valle-Fernández Y. Efecto del Quitomax^® en el rendimiento y sus componentes del cultivar de arroz (Oryza sativa L) var, INCA LP 5. Cultivos Tropicales. 2017; 38(4):156-159, octubre-diciembre, ISSN impreso: 0258-5936, ISSN digital: 1819-4087).

Other researchers evaluated the effects of different chitosan concentrations (100, 500, 1000, and 2000 mg L⁻¹), the active ingredient in QuitoMax^®, on germination and seedling growth of the J-104 rice cultivar. Seeds imbibed at 1000 mg L⁻¹ germinated faster than other treatments. For plant height, 2000 mg L⁻¹ outperformed the control with statistically significant differences. This concentration also yielded the highest fresh leaf mass, with a trend of increasing biomass as chitosan concentration increased (3232. Pérez Mesa S, Rodríguez Pedroso AT y Ramírez Arrebato MA. Efecto de diferentes concentraciones de quitosana sobre la germinación y crecimiento de plántulas de arroz (Oryza sativa L). Revista Científica Avances. 2015; 17(4), octubre-diciembre, ISSN 1562-3297 RNPS 1893.).

For Fitomas E^®, researchers tested doses of 1.5, 2.0, and 2.5 L ha⁻¹ on the Selección I cultivar and observed positive effects on vegetative growth (3333. Ramos Escalona M, Alarcón Zayas A, Pérez Figueredo KD. Evaluación del bioestimulante Fitomas-E en el cultivo del arroz (Oryza sativa L) variedad Selección I (Original). Revista Granmense de Desarrollo Local. 2022;6(4): 221-238, octubre-diciembre. Available from: https://redel.udg.co.cu), as well as on yield components (panicles per square meter, filled grains per panicle, and weight of 1,000 grains). The best results were achieved with 2.0 L ha⁻¹, yielding 5.82 t ha⁻¹, 29.8 g per 1,000 grains, 105.6 filled grains per panicle, and 422.6 panicles per square meter.

Humic acids extracted from vermicomposted cattle manure were applied at two concentrations (34 and 46 mg L⁻¹) under controlled and semi-controlled conditions to the IACuba 30 variety. Under controlled conditions, these compounds positively influenced germination, increasing root and root hair formation by up to 60 % compared to the control. Under semi-controlled conditions, peroxidase activity and protein content increased, indicating enhanced biosynthesis and amino acid utilization, demonstrating potential as a drought stress protector (3434. Hernández R, García A, Portuondo L, Muñiz S, Berbara R, Izquierdo F. Protección antioxidativa de los ácidos húmicos extraídos de vermicompost en arroz (Oryza sativa L) var. IACuba 30. Revista Protección Vegetal. 2012; 27(2):102-110. Available from: https://www.researchgate.net/publication/336724240 ). Another study evaluated two humic substance extracts (ESH II and I) on the INCA LP 5 cultivar. While neither extract affected seed germination, ESH II increased radicle and coleoptile length. Both extracts positively influenced aerial growth (22. Galbán-Méndez JM, Martínez-Balmori D y González-Viera D. Efecto de extractos de sustancias húmicas en la germinación y el crecimiento de plántulas de arroz (Oryza sativa L), cv. INCA LP5. Cultivos Tropicales. 2021; 42(1), e05, ISSN impreso: 0258-5936, ISSN digital: 1819-4087).

Three aqueous plant extracts mulberry (Morus alba), willow (Salix babylonica), and a mixture of bothwere tested on seed germination of the INCA LP 5 cultivar in Granma province. After 48 hours of seed treatment, the willow extract achieved 96.0 % germination within six days (3535. Chávez Núñez A, Rodríguez Rodríguez S y Miranda Hidalgo D. Evaluación de extractos vegetales en la germinación de semillas de arroz (Oryza sativa L) cultivar LP 5 en Yara, provincia Granma. Revista Granmense de Desarrollo Local. 2021;5(2) abril-junio. Available from: https://redel.udg.co.cu).

Liplant^® was evaluated for its effect on callogenesis and in vitro regeneration of rice cultivars INCA LP 5, IACuba 28, and LC88-66, aiming to improve the quality and quantity of material for genetic transformation. Liplant^® enhanced the effect of 2,4-D on in vitro callogenesis. Lower concentrations favored plant regeneration in INCA LP 5, while no significant improvements were observed in the other two cultivars. These results suggest Liplant^® as a complementary agent to 2,4-D in rice callus production for genetic transformation (3636. Godoy L, Héctor E, Valera E, Torres A. Callogénesis y regeneración in vitro de arroz (Oryza sativa L) con los bioestimulantes cubanos Biostan y Liplant. Cultivos Tropicales. 2006;27(3):31-36. Available from: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=193215825004 ).

Pectimorf^® was tested to determine its ability to stimulate germination of INCA LP 7 seeds under saline conditions. Seeds were soaked for 24 hours in different concentrations (10, 20, and 40 mg L⁻¹). Researchers found that 10 and 40 mg L⁻¹ significantly increased final germination percentage and vigor index under salinity stress (3737. Pérez-Domínguez G, López-Padrón I, Martínez-González L, Reyes-Guerrero Y, Núñez-Vázquez M de la C. Bioestimulantes promueven la germinación de semillas de arroz (Oryza sativa L.) en medio salino. Cultivos Tropicales. [Internet]. 31 de enero de 2023 [citado 19 de octubre de 2023];43(2):e10. Available from: https://ediciones.inca.edu.cu/index.php/ediciones/article/view/1661 ).

The industrial quality of rice grain was another parameter evaluated following the application of Biobras-16^® and QuitoMax^® biostimulants. The most effective application timing for QuitoMax^® was achieved through pre-germination in a 1 g L⁻¹ solution and foliar spraying at a dose of 360 mg ha⁻¹, 20 days after germination, resulting in a yield of 3.96 t ha⁻¹. For Biobras-16^®, optimal results were obtained with pre-germination in water and foliar spraying at a dose of 10 mg ha⁻¹, 40 days after germination, yielding 3.85 t ha⁻¹ in terms of industrial performance (3838. González YA, González LG, Lanchimba WI. Calidad industrial del arroz bajo el efecto de la aplicación de Biobrás-16^® y Quitomax^®. Revista Granmense de Desarrollo Local. 2023; 7(2): abril-junio, ISSN: 2664-3065 RNPS: 2448.).