(The multifaceted challenges of Plant Nutrition)
Walter J. Horst
Instituto de Nutrición Vegetal de la Universidad de Hannover, ALEMANIA
IntroducciónA
La Nutrición Vegetal es una disciplina científica que se ocupa de estudiar las funciones y dinámica de los elementos minerales en las plantas, suelos y ecosistemas. Bajo diferentes ángulos de visión, el metabolismo de las plantas, ecosistemas, producción de cultivos, y la relación con el medio ambiente, la Nutrición Vegetal puede ser dividida en tres áreas clave: Fisiología, Bioquímica y Biología molecular. La Nutrición Vegetal se centra en diversas áreas de investigación como la Botánica, Ciencia del Suelo, Microbiología, Fitomejoramiento, Agronomía y Plantas Medicinales. Es por ello que los desafíos que presenta la Nutrición Vegetal son multifacéticos, extendiéndose desde la Ciencia Molecular de las Plantas hasta la producción agrícola y la protección del medio ambiente.
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Figura 1. Dr. Walter J. Horst. Conferencista el 5º Congreso Internacional de Nutrición y Fisiología Vegetal Aplicadas INTAGRI, 2016. |
Seguridad alimentaria
El papel de los fertilizantes minerales
Los fertilizantes minerales han desempeñado y tendrán que desempeñar un papel muy importante en el incremento de la producción de alimentos para satisfacer las necesidades nutricionales de una creciente población mundial. Se ha estimado que en 2008 solo el 50 % de la población mundial podría sobrevivir sin el nitrógeno obtenido mediante el proceso de Haber–Bosch (Erisman et al, 2008). También en el futuro, se puede reducir la brecha entre los rendimientos reales y potenciales necesarios para incrementar la producción de alimentos, ya que en la mayoría de los países en desarrollo, esta actividad dependerá de la aplicación de fertilizantes (Mueller et al., 2012). Sin embargo, en algunas partes de Europa, América del Norte y China, no es particularmente el uso excesivo del Nitrógeno el que contribuye a la degradación del medio ambiente.
La aplicación de fertilizantes debe ser incluida en una estrategia integrada en la gestión de la salud y fertilidad de los suelos para aprovechar al máximo esta inversión. En esta estrategia las leguminosas de grano pequeño presentan un papel muy importante, no solo por su capacidad de fijación de N2, sino aún más importante por sus efectos positivos en la rotación de cultivos. En contraste con el N, en la producción agrícola sostenible, se requiere la aplicación de P mediante la utilización de fertilizantes para reemplazar el P extraído por el producto cosechado. Sin embargo, a pesar de que los últimos estudios realizados sobre el P no sugieren una inminente crisis de este mineral, existe una creciente necesidad de utilizar de manera más eficiente el P residual del suelo y reciclar mejor el P contenido en el estiércol animal, los alimentos y los residuos municipales (Sattari et al., 2012; Scholz and Wellmer, 2013).
El uso de genotipos resistentes al estrés abiótico
La eficiencia de los nutrientes
El cultivo de genotipos con una mayor eficiencia de uso de nutrientes podría contribuir a una mejor utilización del suelo y de los nutrientes de fertilizantes. Se han tenido grandes avances en la comprensión molecular y fisiológica de la eficiencia del Fe y el P, así como el papel de los mismos. Sin embargo, no se tienen los mismos resultados para la eficiencia del N, desafortunadamente, la deficiencia de N es el principal factor limitante en el rendimiento de la producción. Investigación propia indica que “permanecer verde” desempeña un papel importante en la eficiencia de la absorción de N en maíz y colza. Un estudio transcriptómico permitió identificar los genes expresados de forma específica en la inanición del N y el genotipo, que podrían permitir la selección de cultivares eficientes en la absorción de N mediante la utilización de marcadores moleculares.
Las características morfológicas de la raíz tienen una importancia primordial para la absorción de nutrientes por las plantas. Aunque se ha avanzado en la caracterización del enraizamiento, la fenotipificación de la raíz sigue siendo un cuello de botella para la obtención de cultivares mejorados para la absorción de nutrientes. Por lo tanto, se requiere urgentemente una mejor comprensión de las bases moleculares de los patrones de enraizamiento y de la identificación de los genes marcadores.
Además de las características de las plantas, también los microorganismos (MO) que viven en asociación o simbiosis en la rizósfera pueden incrementar la absorción de nutrientes y el crecimiento de la planta. Esta relación está bien establecida entre las procariotas fijadoras de N2 y los hongos micorrícicos. Sin embargo, estos espectaculares efectos de los “Microorganismos Promotores del Crecimiento Vegetal” solamente se han demostrado en condiciones controladas. Su eficacia en condiciones de campo ha sido baja en su mayoría. Por lo que es necesario de manera urgente profundizar en el esclarecimiento de las complejas interacciones entre las plantas y los microorganismos, realizando una evaluación de las contribuciones de los MO a la producción vegetal
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Figura 2. La fenotipificación de la raíz sigue siendo un cuello de botella para la obtención de cultivares mejorados para la absorción de nutrientes. Foto: Cakmak, 2015. |
Resistencia al suministro excesivo de elementos minerales
El exceso de aluminio en suelos ácidos en climas húmedos y la presencia de sal/sodio (Na) en climas áridos son los principales factores limitantes del rendimiento en el mundo. A pesar de que se ha avanzado mucho en la comprensión de la creación de resistencia para el Al y tolerancia al Na, existen todavía un buen número de áreas científicas que requieren ser aclaradas. Entre ellas se encuentran; ¿Qué efecto tiene el Al en la inhibición de la elongación de la raíz? Para responder a esta pregunta es necesario abordar los aspectos espaciales en el ápice de la raíz y la señalización de la transición en la zona de elongación. El Al se acumula en los brotes. ¿Retranslocación de Na en hojas excluidoras de Na? La exclusión del Na está relacionada con la tolerancia a la sal.
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Figura 3. “Adaptación de las plantas a la acidez del suelo” será una de las conferencias impartidas por el Dr. Walter J. Horst en el 5º Congreso de Intagri. |
Calidad de los alimentos
La desnutrición por micronutrientes (hambre oculta) está muy extendida, especialmente en las poblaciones más pobres de todo el mundo. Se ha estimado que más de dos millones de personas sufren deficiencias de Fe, Zn y vitamina A. Es por ello que la biofortificación de los alimentos es la estrategia más prometedora para resolver este problema. Con prácticas agronómicas como la aplicación de fertilizantes es posible incrementar sustancialmente las concentraciones de Zn en los granos, pero no las de Fe. Se requiere de enfoques biotecnológicos para superar las barreras de transporte y acumulación en los granos.
Reducción de los impactos ambientales negativos por la aplicación de fertilizantes
El uso excesivo de N y P en algunas regiones está contribuyendo a la degradación del medio ambiente a través del N-nitrato y P, contaminando las aguas y liberando NH3 y N2O a la atmosfera. La liberación del NH3 está relacionada principalmente con la cría de animales a través del estiércol y el biogás, teniendo un número de soluciones técnicas disponibles para reducir estas pérdidas. El ajuste de la aplicación de fertilizantes con la extracción del cultivo cosechado es un paso importante hacia una nutrición vegetal sostenible. Para el caso del N, debido a su mayor dinámica tanto en la planta como en el suelo es necesario realizar ajustes adicionales. Entre estos, los más prometedores son el análisis de suelos para el N-nitrato en la rizósfera, así como el controlar el estado del N en las plantas mediante análisis de tejido vegetal y sensores ópticos. Es especialmente necesaria la generación de genotipos con balances de N menos positivos (mayor eficiencia del N) sin penalizar en el rendimiento.
Funciones de los nutrientes
Las nuevas herramientas analíticas y experimentales y el fitomejoramieto en combinación con técnicas de biología molecular nos permiten no solo profundizar nuestra comprensión fundamental de las funciones de los nutrientes (magnesio, potasio, N-nitrato), sino también la obtención de soluciones para trastornos nutricionales (bitter pit en manzana y blossom-end rot en tomate), los cuales no han sido esclarecidos satisfactoriamente. También es necesario conocer el papel de los nutrientes vegetales más allá del óptimo para crecimiento de la planta en la mejora de la resistencia de las plantas frente a patógenos y plaga, ya que es un área de investigación muy descuidada.
Conclusiones
Los fertilizantes minerales tienen que desempeñar un papel importante en el cumplimiento de los requisitos de cantidad y calidad de los alimentos de una creciente población mundial. La optimización de las estrategias de fertilizantes para satisfacer las necesidades de nutrientes de los cultivos son actividades necesarias para evitar la contaminación ambiental y la degradación del suelo. Disponer de las nuevas herramientas experimentales (analíticas y moleculares) que permitan revisar y profundizar nuestra comprensión de las funciones de los nutrientes. Por lo tanto la Nutrición Vegetal ha de desempeñar un papel en Ciencias Vegetales y Ambientales.
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