AHIPA, logro biotecnológico de las civilizaciones originarias de Sudamérica - AHIPA, biotechnological achievement of native South American civilizations

Raíces de ahipa (fuente: https://gcardblog.files.wordpress.com)

La posibilidad de obtener cultivos con propiedades excepcionales, por ejemplo, plantas que simultáneamente produzcan bajo tierra tubérculos comestibles y en su parte aérea frutos jugosos, ha rondado desde hace tiempo la mente de los investigadores dedicados a la ciencia de las plantas. Describir una planta cuya raíz tuberosa es comestible y puede consumirse cruda pelándose como una banana, que produce legumbres (esto es, granos y vainas comestibles), y que por añadidura tiene sus hojas y tallos impregnados de una sustancia con propiedades insecticidas, no puede menos que inducir a la idea de que se trata de un producto de los laboratorios de alguna gran multinacional de biotecnología que, adecuadamente protegido por patentes, será liberado al mercado. Nada más alejado de la realidad que esta idea. El notable producto biotecnológico que hemos mencionado es la ahipa (Pachyrhizus ahipa), una leguminosa nativa de las laderas orientales de los Andes que, por la selección realizada por los pueblos autóctonos alcanzó su máximo auge hace más de 500 años.

Casi todas las leguminosas de uso común como la soja, el poroto, la arveja, la lenteja, el garbanzo y las habas se cultivan para utilizar sus granos. En cambio, en el caso de la ahipa lo que se aprovecha es su raíz, que tiene la propiedad de almacenar gran cantidad de almidón. A diferencia de la papa, que constituye el mayor éxito biotecnológico de la cultura andina y que hoy se ha difundido en todo el mundo o la oca y el ulluco, que son cultivados en miles de hectáreas entre Colombia y la Argentina, el cultivo de la ahipa ha ido disminuyendo, por lo que ha desaparecido de muchos lugares o ha sido restringido a pequeñas parcelas en valles aislados, a pesar de que en el pasado estaba difundido a lo largo de los Andes y en la costa peruana. Entre las regiones en las que se cultivó ahipa en cierta escala, y donde todavía se la encuentra excepcionalmente, está el noroeste de la Argentina. Allí la ahipa se cultivó, quizá, desde tiempos prehispánicos en lo que ahora son las provincias de Jujuy y Salta. Fue justamente en Jujuy donde en 1935 el botánico argentino Lorenzo Parodi la encontró y realizó su clasificación sistemática, y le dio su ubicación taxonómica actual. Como en el resto del área andina, el cultivo de la ahipa también ha ido perdiendo importancia en Argentina hasta tal punto que actualmente sólo un ínfimo número de campesinos lo practican. Un fenómeno similar, aunque menos agudo, se ha producido en Bolivia, donde a pesar de que la especie todavía es común, su abundancia es mucho menor que la de algunas décadas atrás. 

Entre los factores que han conducido a la decadencia del cultivo de la ahipa, uno general y de gran importancia son los cambios culturales sufridos por las comunidades indígenas desde la conquista de América. Estos se han acentuado marcadamente durante las últimas décadas como consecuencia del fenómeno de la globalización. Una de sus consecuencias es una fuerte tendencia a despreciar las especies nativas a favor de especies introducidas desde otros lugares. La preeminencia de estas últimas no tiene necesariamente que ver con sus ventajas agronómicas, sino también con la presión ejercida por la cultura agronómica global. Es así como puede comprobarse que en ciudades o pueblos importantes de Bolivia, donde todavía se consume regularmente ahipa, las semillerías comerciales no venden sus semillas pero ofrecen la más variada gama de semillas de zanahoria, rabanito, remolacha o de otras hortalizas convencionales, procedentes de Holanda, Japón o de los Estados Unidos. Los comercios que venden semillas y agroquímicos también proporcionan información técnica sobre el cultivo de estas especies y esta información es parte de la enseñanza en todas las facultades de agronomía. En cambio, en esos lugares se carece de información sobre el cultivo, cosecha y postcosecha de la ahipa.

A los factores ya mencionados se suman algunas dificultades biológico-agronómicas reales que presenta la ahipa. Como se describe más abajo, la producción eficiente de tubérculos de ahipa requiere un manejo cuidadoso del cultivo que incluye la poda sistemática de flores y frutos jóvenes durante buena parte del ciclo de cultivo. Por otra parte, un nematodo (Meloidogyne sp.) ataca los cultivos de ahipa e impide la tuberización normal, lo que provoca una reducción del rendimiento de las cosechas, pues se obtiene un producto que no es vendible ni siquiera en los mercados locales. Además una especie de escarabajo (Cariedes incamae), está especializado en alimentarse de las semillas de ahipa. Este escarabajo aprovecha las condiciones precarias de almacenamiento que son habituales en los Andes, y puede provocar la pérdida de la cosecha de semillas del año. Si a la acción de estos factores se le agrega la falta de canales fluidos de distribución, el resultado puede ser la desaparición de la ahipa en toda una región. 

Debe enfatizarse que ninguna de las desventajas nombradas constituye escollos insuperables, ya que una adecuada rotación de cultivos permitiría mantener la población de nematodos en niveles aceptables, y el almacenamiento en frío o con insecticidas curasemillas controlaría la acción de los escarabajos. Por lo tanto, los inconvenientes superables que se han mencionado no deben hacer perder de vista los reales atributos de la ahipa. Un 25% de su raíz tuberosa es materia seca, de la cual un 20 a 50% corresponde a almidón, en su mayor parte, amilopectina. Una porción sustancial del peso seco, entre 8 y 14%, está constituida por proteínas, mientras que las grasas constituyen el 1%. La productividad de los cultivos de la ahipa es muy variable; pero cuando las condiciones son adecuadas, se pueden lograr rendimientos de hasta 62 toneladas por hectárea, lo que implicaría una capacidad de producción de 1900 kilogramos de proteína cruda por hectárea. Este valor es notablemente alto aun para una leguminosa. El elevado contenido en proteínas se debe a que, como la mayor parte de las leguminosas, la ahipa posee nódulos que contienen bacterias simbióticas que permiten una eficiente fijación del nitrógeno atmosférico; lo que la hace autosuficiente en este elemento esencial al evitar el uso de abonos que posean nitrógeno. 

Salvo excepciones, para cultivar especies tuberosas se usa la propagación vegetativa a partir de sus órganos tuberosos. Si bien esto, al no incluir el intercambio de material genético entre progenitores, tiene la ventaja de mantener líneas genéticamente homogéneas (clones), favorece la diseminación de enfermedades virósicas y exige reservar extensiones grandes de tierra, exclusivamente para producir material destinado a la propagación del cultivo. En el caso de la ahipa, el sembrado se hace con las semillas, lo que reduce la incidencia de enfermedades virósicas y permite utilizar la misma parcela de producción para obtener las semillas que se destinarán al sembrado de la siguiente cosecha. Aunque, en general, el único producto de la ahipa que se utiliza como alimento es la raíz, existen informes de que las vainas y semillas jóvenes son también comestibles. Sin embargo, esta propiedad sólo existiría en las etapas tempranas del desarrollo, pues más adelante se acumulan substancias tóxicas dado que, como otras especies de su género, la ahipa produce un complejo de substancias del grupo de la rotenona (rotenona, pachyrhizina, hídroxirotenona y otros rotenoides) que se localizan en las semillas maduras y en el follaje y que son potentes venenos. Sí bien la presencia de estas substancias no confiere invulnerabilidad al ataque de insectos, muy probablemente proporcione cierto nivel de protección frente a ellos. Prueba de esto lo constituyen experimentos en los que se rociaron distintos cultivos con extractos acuosos de semillas de otras especies de Pachyrhizus, y se obtuvieron resultados positivos en el control de orugas y pulgones. 

Es posible plantear distintos escenarios para el futuro de la ahipa en estos tiempos de cambios rápidos y profundos. Uno es la continuación del actual proceso de olvido y abandono. En este caso en algunas décadas más, los hijos de los campesinos que ahora cultivan ahipa habrán emigrado a los conurbanos de ciudades tales como Tarija, Salta o Buenos Aires. No sólo estos sino también los que permanezcan en su región de origen estarán sometidos a las fuertes influencias culturales de la escuela, o la televisión, la que seguramente ya habrá llegado hasta los más recónditos valles de los Andes. Los campesinos habrán perdido su interés de cultivar la ahipa y olvidado los procedimientos necesarios para hacerlo exitosamente. Si esto sucede, la ahipa solamente existirá en las heladeras de algunos bancos de germoplasma, o parte de sus genes útiles habrán sido incorporados en la jicama, su pariente mexicano.

Otro escenario cuyo aspecto podría considerarse de ciencia ficción, pero que puede convertirse en realidad, es el que la ahipa sea seleccionada por una multinacional de "agribussiness", la que luego de años de mejoramiento y de grandes inversiones optimizará su potencial al crear una nueva variante capaz de producir raíces tuberosas con un nivel excepcional de materia seca y alto rinde por hectárea, aprovechable para la producción de "chips" similares a los que se fabrican a partir de la papa, pero con mayor contenido de fibra y de proteína. De esta, por ahora hipotética, variedad será también posible extraer por prensado una "leche vegetal" destinada a personas con trastornos inmunológicos que les impiden ingerir leche animal o para preparar concentrados proteicos con niveles regulables de fibra y almidón para el engorde de ganado. La hipotética ahipa mejorada también produciría rotenoides en cantidad tal como para que su follaje sea prácticamente inmune a la mayoría de los insectos. En este escenario, centenares de miles de hectáreas de ahipa competirán con el trigo y la soja por los espacios agrícolas en las llanuras del mundo. 

Existen también alternativas intermedias en las que la ahipa ocupe un lugar parecido al de las hortalizas, como la zanahoria o la cebolla, que sin ser comparables a los cereales por la superficie cultivada que ocupan, cumplen un papel importante en la dieta humana. La inversión necesaria en investigación, mejoramiento y selección agronómica, y en el análisis y desarrollo de mercados para llegar a este estado, es accesible a los recursos de nuestro país aun sin la participación de los grandes grupos biotecnológicos que manejan la agricultura mundial

Bases químicas de la toxicidad de la Ahipa

A lo largo de la evolución muchos vegetales han desarrollado compuestos defensivos contra organismos nocivos. Muchas de las drogas usadas como estimulantes por los humanos, tales como la nicotina, la cafeína y la teobromina pertenecen a esta categoría. Una dosis de uno de estos compuestos, que al hombre apenas le permitiría aumentar su ritmo cardiaco y mantener su concentración, es más que suficiente para matar un insecto. Se han usado extractos de nicotina para controlar insectos en cultivos y esta se halla dentro de las armas de la agricultura "orgánica". A este grupo genérico de sustancias pertenecen los compuestos de la familia de la rotenona, presente en plantas de los géneros Derris y Lonchocarpus, además de Pachyrhizus. Estos compuestos actúan sobre los sistemas respiratorio y circulatorio de los insectos, que resultan paralizados lentamente. También son extremadamente tóxicos para los peces, y han sido empleados en Amazonia como método de pesca. Por el contrario, muestran una toxicidad relativamente baja en los animales de sangre caliente. Extractos de semillas de Pachyrhizus han sido empleados con éxito para controlar trips (insectos del orden Thysanoptera, que suelen dañar flores jóvenes) y orugas en diversos cultivos en condiciones experimentales.

Germoplasma, investigación y desarrollo

La ahipa y sus parientes son un ejemplo de los problemas que actualmente plantean los recursos genéticos de origen indígena, su desarrollo y los derechos de propiedad. Ciertamente, América Latina es le región donde residen los principales recursos genéticos del género. Sin embargo, ningún país latinoamericano ha invertido mayores esfuerzos propios en estudiarlos y mucho menos, en desarrollarlos. En el caso particular de Pachyrhizus la investigación ha estado liderada desde hace 15 años por el proyecto Yam Bean de la Universidad Real de Copenhagen, Dinamarca. Con fondos de la Comunidad Económica Europea este proyecto ha promovido la colección, investigación y promoción del cultivo del género en varios países del tercer mundo. De hecho, la mayor diversidad de germoplasma del género se encuentra almacenada en Copenhagen, y no en algún país de origen, lo cual es quizás irritante para algunos voceros de los derechos del Tercer Mundo. La paradoja es que, sin la acción de este proyecto, muchas razas de Pachyrhizus se habrían ya extinguido para siempre.

Fuente: Alfredo Grau. Revista Ciencia Hoy, Volumen 7 Nº 42 (http://www.cienciahoy.org.ar/ch/hoy42/ahipa1.htm)

How helping "SOIL life" can boost farm profits - Cómo ayudando a la "vida del SUELO" se puede aumentar las ganancias de una explotación agrícola

The self-regulating ecological balance in nature’s soils is what keeps them so sustainably productive. Graeme Sait, CEO of Nutri-Tech Solutions in Australia, says that farmers need to learn more from nature and encourage a similar productive balance in their soils.

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Healthy soil has the ‘fresh earth’ smell so appealing to farmers and gardeners. Photo: Lloyd Phillips

The key workforce in the soil consists of some of the smallest plants and animals on earth. These includes bacteria, fungi, algae, protozoa, nematodes and earthworms. A core principle in any farming operation should be to care for this workforce so that it, in turn, can care for the farm. “The main paradigm shift required to head down this path involves a recognition that the soil is a living organism and that we stand to earn a better living if we nurture that system,” says Graeme Sait, CEO of Australian firm Nutri-Tech Solutions. 

The weight of the biomass linked to this subterranean ‘livestock’ in our soils, he says, often physically outweighs the livestock above ground. However, this diverse soil life features organisms that are both beneficial and toxic to animals and people. For example, anaerobic bacteria, which thrive in compacted soils and release hydrogen sulphide that smells like rotten eggs, and butyric acid, which smells like vomit, are both toxic to plant growth. Another group of soil organisms, facultative anaerobes, are also harmful. 

Two well-known types are Escherichia coli and Enterococcus, which can cause severe health problems in people and animals. One of the many potential sources of Enterococcus is vermicompost, if the food source for the composting worms has not been subjected to the heat produced in the initial stages of conventional composting. “Then there are the pathogenic organisms that cause massive crop losses and which demand chemical intervention,” says Sait. “Thankfully, all of these less desirable organisms can be managed if we understand soil balance.” 

Smells as signposts

One of the many beneficial bacteria in soil is Actinomycetes, which emits volatile chemicals that provide the ‘fresh earth’ smell that farmers and gardeners find so appealing. According to Sait, Actinomycetes is a ‘signpost’ organism indicating good soil health. A soil without a fresh earth smell contains little or no beneficial soil life. These deprived soils inevitably require more chemical interventions, which increases production costs and reduces profitability. “There can be as many as 2,5t/ha of bacteria in healthy soil,” explains Sait. “These organisms retain nutrients in their bodies, reduce leaching and remove most toxins from the soil. They produce a sticky biofilm that acts like water crystals to retain moisture. This can help to significantly reduce irrigation requirements.

“Soil bacteria are also key recyclers of nitrogen. They have the tightest carbon (C) to nitrogen (N) ratio of any creature on the planet. Their C:N ratio of 5:1 means that their bodies effectively contain 17% nitrogen. This means that the bacterial biomass in your soil can be storing the equivalent of almost a ton of urea. “Farmers can easily, and very cheaply, improve their soil’s beneficial bacteria by brewing up their own populations in a drum or vat and then applying this new workforce via the irrigation system.”

Soil algae are plant-like organisms that contain chlorophyll and can photosynthesise. They also exude sticky substances that contribute towards binding and aggregating soil particles into a desirable crumb structure. According to Sait, healthy soils can contain up to 600kg/ha of algae in just the top 15cm of the soil profile, and it is now believed that they produce 20% of the nutrients required by other beneficial soil life. If these beneficial soil organisms are well-fed and in abundance, it is more difficult for soil-borne pathogens and damage-causing animals to compete and survive. Sait cautions that herbicides can kill soil algae on contact, resulting in less food for beneficial soil life. This reduction in beneficials can provide harmful soil life the opportunity to flourish. 

Balance: the key

“Soil fungi convert hard-to-digest organic matter, like crop residues, into forms that other soil organisms can utilise,” Sait continues. “While soil bacteria can release an alkalising slime that tends to raise soil pH, soil fungi release acids into the soil which reduce soil pH and solubilise locked-up phosphate. “A single fungus specimen can cover the area of a football field. When soil fungi die, their decomposed hyphae leave an extensive system of tiny tunnels in the soil. These tunnels are perfect for allowing water and air to penetrate into the soil. Soil fungi’s hyphal masses (mycelium) also retain nutrients, which helps to reduce leaching.”

Sait explains that some soil fungi trap destructive root-eating nematodes and feed on them. Soil fungi are also particularly important for the storage, availability and delivery of plant-beneficial calcium (Ca). When soils with high Ca levels produce plants with low Ca levels in their leaves, this may indicate low fungal activity in that soil. Soil fungi populations can be boosted by feeding them complex carbohydrates. These complex carbohydrates can be found in humic acid, kelp and aloe vera. Commercially available water-soluble derivatives of these products can be applied through irrigation systems or through tractor-drawn spray rigs.

“Mycorrhizal fungi are the greatest soil savers among beneficial fungi species. They attach themselves to plant roots in a mutually beneficial relationship. These remarkable creatures are responsible for over 30% of the planet’s humus, “ says Sait. 

Plant root system: there can be as much as 2,5t/ ha of bacteria in healthy soil. These organisms retain nutrients in their bodies, reduce leaching and remove most toxins.

Destructive practices

Soil life analysis reveals that up to 90% of mycorrhizal fungi have been destroyed by modern farming techniques. “The loss of two-thirds of the world’s soil humus to the atmosphere can be directly linked to the decline in myccorhizal fungi,” says Sait. “They offer so many benefits and can provide solutions to many of our problems. For example, myccorhizal fungi improve the plant roots’ efficiency for absorbing soil nutrients, they boost plants’ immunity to attacks from pests and diseases, and they offer primary protection against damage-causing soil nematodes.”

Protozoa

Another class of soil organisms are single-celled creatures called protozoa. Sait points out that a loss of soil protozoa not only requires a farmer to add more chemical N to the soil, but beneficial earthworm populations will decline because they feed on protozoa. “One strategy for restoring soil protozoa numbers, thereby increasing earthworm numbers and soil nitrogen recycling, is to make and apply lucerne tea,” he explains. “Chemical-free lucerne hay harbours huge numbers of protozoa because the hay is high in protein. Place the lucerne hay in a drawstring bag made of shade-cloth. Take some liquidised fish and molasses and mix them into a large tank of water. Submerge the bag of lucerne hay in the tank. Aerate the tank with a pump, venturi or aquarium bubbler and after 24 hours apply the liquid to your soils.”

Sait says he has seen significant reductions in chemical nitrogen requirements following applications of lucerne tea. Explaining the mechanics of this phenomenon, he says that protozoa have a C:N ratio of 30:1, which means that they must consume six bacteria (at C:N 5:1) to obtain sufficient C for their own survival. Protozoa need only one unit of N from the bodies of every six bacteria, so they excrete the remaining five units of N. Plant roots readily absorb this. In the absence of protozoa, the N stays in the bodies of the bacteria, leaving a large quantity of urea in the soils that cannot be utilised by plants.

According to Sait, 80% of soil nematodes are beneficial to the soil. They disappear, however, from compacted soils and, following this, N recycling disappears too. This is because nematodes have a C:N ration of 100:1. Like protozoa, they need to consume bacteria to access life-sustaining C. They need to eat twenty bacteria (C:N 5:1) to achieve the hundred units of C they require. However, they have no need for the bacteria’s N component, and so they excrete this into the soil, thereby recycling the N for crops and other plants. 

Sait explains that, due to ignorance of the importance of soil life, farmers mistakenly use nematicides, which kill all nematodes good and bad, thereby creating an opportunity for damage-causing soil nematodes to begin increasing in number. The primary natural control of root-eating nematodes are the predatory nematodes that constantly feed on them. Ironically, the first nematode to breed back after nematicide application is the notorious root-knot nematode because it no longer has any predators or competition. “The best way to control damage-causing nematodes is to encourage populations of beneficial soil nematode species that will either feed on damage-causing nematodes or simply out-compete them,” he says.

Earthworms

One of the most beneficial soil creatures, according to Sait, is “the mighty earthworm”. The 7,000 known species shred soil organic matter and compost it four times faster than conventional composting. They also aerate soil, increase its water-infiltration and water-holding capacity, aggregate soil particles, move minerals from deeper in the soil profile up to the plant root zone, and introduce beneficial microbes. A number of additional facts about earthworms should motivate farmers to encourage these animals to their soils, Sait says. The worms’ castings contain seven times more phosphorous (P), 10 times more potassium (K), five times more N, three times more magnesium (Mg), and one-and-a-half times more Ca, than the surrounding soil. They are, in effect, a living fertiliser factory.

“If you could consistently find 25 earthworms per shovelful of soil, those earthworms would be contributing 300t/ha of castings to your soil. This is the Holy Grail of biological farming, because earthworm castings cost at least AUS$100/ha (R947/ha) so you just scored AU$30,000 (R284,000) worth of free fertiliser. This means huge savings on chemical fertiliser. In fact, it’s not required,” Sait says. Earthworms also have a calciferous gland that adds calcium carbonate (CaCO3) to the soil. “They don’t just offer free fertiliser, they’re like having your own lime works,” he enthuses. 

“Modern agriculture has extracted a harsh toll on beneficial soil organisms. These organisms can, however, be regenerated in the soil. Humates, fish-based products and kelp-based products can be used to feed the existing soil workforce and it’s an inexpensive, repopulating strategy to brew up your own new recruits.”

Source:  Lloyd Phillips (http://www.farmersweekly.co.za)