Los Retos Multifacéticos de la Nutrición Vegetal


Introducción

La Nutrición Vegetal es la ciencia que se ocupa de investigar las funciones y la dinámica de elementos minerales en las plantas, los suelos y los ecosistemas. El papel principal de la nutrición de las plantas es, por supuesto, contribuir a la seguridad alimentaria de una población mundial con crecimiento acelerado. Este es un gran reto, ya que actualmente 800 millones de personas viven con desnutrición. En la figura 1 se observa el mapa de la hambruna mundial, donde se muestra que la desnutrición (más del 15 % de las personas desnutridas de acuerdo World Food Programme) prevalece sobre todo en África, Asia y Latinoamérica.

Seguridad alimentaria

El rol de los fertilizantes minerales. Los fertilizantes nitrogenados han jugado un papel importante para aumentar los rendimientos de los cultivos y con ello abastecer la demanda de alimentos de la población. Erisman et al., (2008), destaca que el papel de los fertilizantes nitrogenados para producir alimentos ha aumentado en los últimos años, donde estima que en el año 2008, el 48 % de la población mundial se pudo alimentar gracias a la aplicación de fertilizantes nitrogenados a los cultivos.

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Figura 1. Mapa de la hambruna mundial.     Fuente: World Food Programme, 2015.

Se sabe que en muchas regiones del mundo, los rendimientos de cultivos básicos como el maíz, trigo y arroz, se encuentran limitados por la falta de nutrientes, donde el nitrógeno es el nutriente restrictivo de mayor importancia. En este sentido, en el futuro la aplicación de fertilizantes minerales tendrá que desempeñar un papel esencial para aumentar los rendimientos de los cultivos.

Sin embargo, en algunos países desarrollados, los fertilizantes nitrogenados son aplicados en exceso, contribuyendo a la contaminación del ambiente. Ante esto, la aplicación de fertilizantes se debe hacer bajo una estrategia integrada para cuidar la salud del suelo, así como la fertilidad de este recurso natural.

En contraste con otros nutrientes, parte del nitrógeno requerido por los cultivos se puede suministrar al suelo a través de la fijación biológica del N2 por parte de las leguminosas. Pero en el caso del fósforo (P), la aplicación de fertilizantes fosfatados es la única opción para restaurar el P del suelo extraído  por el producto cosechado. Sin embargo, a pesar de que los estudios recientes sobre las reservas de minas de roca fosfórica (base para la síntesis de fertilizantes fosfatados), indican que se puede cubrir la demanda hasta por un periodo de 250 a 300 años más, existe una creciente necesidad de utilizar el P residual del suelo y reciclar mejor el P contenido en el estiércol animal, residuos de cultivos, alimentos y residuos municipales. Lo anterior con la finalidad de reducir la demanda de P, reducir costos de insumos y los impactos negativos al ambiente.

 

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Figura 2: La aplicación de fertilizantes minerales (N) ha contribuido en gran medida a alimentar a la población mundial.

Fuente: Erisman et al., 2008.

El uso de genotipos resistentes al estrés abiótico

El rol de genotipos con adaptación mejorada a los factores de estrés abiótico es fundamental para lograr mejores rendimiento de los cultivos y obtener más alimentos para la población. Se sabe que una de las limitantes de la nutrición mineral es la eficiencia con la cual las plantas utilizan los nutrientes, donde en el caso del N, existen genotipos que absorben y metabolizan este elemento con mayor eficiencia.

- La eficiencia de los nutrientes

El uso de genotipos con una mayor eficiencia de absorción y utilización de nutrientes podría contribuir a una mejor utilización de los nutrientes del suelo y de los fertilizantes. Pero, para desarrollar variedades mejoradas es necesario comprender las bases fisiológicas y genéticas que están involucrados en la eficiencia de absorción de cada nutriente. Actualmente, se han tenido grandes avances en la comprensión  molecular y  fisiológica en la eficiencia de uso del Fe y el P, así  como  el  papel  de  los  mismos. Sin embargo, en el caso del N no se tienen los mismos resultados para mejorar la eficiencia del uso de este por las plantas, y desafortunadamente, es el principal elemento que limita el rendimiento de los cultivos y que más se aplica por medio de fertilizantes.

Por otra parte, las características morfológicas de la raíz de las plantas están estrechamente relacionadas con la absorción de los nutrientes. Aunque se ha avanzado en la caracterización de la cantidad y calidad del sistema radicular de las plantas, la fenotipificación de la raíz sigue siendo el cuello de botella para la obtención de variedades con mejor eficiencia en la absorción de nutrientes. Por lo tanto, se requiere urgentemente una mejor comprensión de las bases moleculares de los patrones de enraizamiento y la identificación de los genes marcados.

Además de las características de las plantas, en la rizósfera existen microorganismos que mejoran la absorción de nutrientes y el crecimiento de las plantas. Por ejemplo, microorganismos como los hongos fijadores de N 2 y los hongos micorrícicos, donde los primeros suministran N a las plantas, mientras los micorrícicos mejoran la exploración del sistema radicular favoreciendo la absorción de agua y nutrientes. Otros microorganismos como las bacterias promotoras del crecimiento de las plantas que habitan en la rizósfera pueden estimular el crecimiento de las plantas, a través de la fijación del nitrógeno, producción de sustancias reguladores del crecimiento y solubilización de nutrientes. Sin embargo, los resultados prometedores de estas bacterias se han logrado en condiciones de laboratorio y a nivel experimental, mientras que en campo los resultados no siempre han sido favorables. Por esta razón, es necesario profundizar y entender las complejas interacciones entre las plantas y los microorganismos, con la finalidad de reproducir los efectos benéficos a nivel de campo y a escala comercial.

- Resistencia al suministro excesivo de elementos minerales

Aunque la disponibilidad de nutrientes en el suelo es un factor limitante para la producción agrícola, también el exceso de uno o más nutrientes como el aluminio (Al3+) o sodio (Na2+), ponen en riesgo grandes regiones del mundo. El Al es un elemento que afecta áreas de climas húmedos y suelos ácidos, y es un elemento que puede causar estrés a las plantas, ya que reduce fuertemente el crecimiento radicular y como consecuencia la absorción de agua y nutrientes.

 
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Figura 3. Efecto del aluminio sobre el crecimiento de la raíz de dos variedades de cebada cultivadas en suelos ácidos. Variedad tolerante (izquierda) y susceptible (derecha).

Fuente: Dehaize et al., 2004..

 

Otro factor importante que limita el rendimiento de los cultivos en todo el mundo es el exceso de sales, principalmente el exceso de cloruro de sodio (NaCl). Actualmente se tienen avances considerables en la identificación y el desarrollo de variedades moderadamente tolerantes a las sales, sin embargo, falta investigar y comprender los genes involucrados en la resistencia al Na y Al.

Calidad de los alimentos

La seguridad alimentaria no es solo una cuestión de cantidad de alimentos, sino de la calidad de los mismos, es decir, su contenido nutrimental. Se calcula que aproximadamente dos mil millones de personas sufren por la deficiencia de Zinc (Zn), Fe (Fe) y vitamina A, debido a que los alimentos tiene niveles deficientes de estos nutrientes, especialmente los cereales como el trigo, arroz y maíz. Ante esto, los investigadores han realizado esfuerzos por encontrar estrategias para mejorar la calidad nutrimental de los cultivos. Una de las estrategias más prometedoras para mitigar este problema es la biofortificación de alimentos, misma que consiste en la aplicación de fertilizantes en las etapas adecuadas del cultivo. En este sentido, con la aplicación foliar de fertilizantes de Zn, se ha logrado incrementar la concentración de Zn en los granos, sin embargo, en el caso de fertilización con Fe los resultados no han sido favorables. Lo anterior sugiere nuevos enfoques biotecnológicos para superar las barreras para el transporte y acumulación de los micronutrientes en los granos.

Reducción de los impactos ambientales negativos de la aplicación de fertilizantes.

En muchas regiones del mundo se ha abusado de los fertilizantes, principalmente los nitrogenados, lo que ha representado una amenaza muy grave para el ambiente, ya que los nitratos (NO3) han llegado a contaminar las fuentes de agua como acuíferos y ríos. En este sentido, uno de los pasos más importantes para mitigar los

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Figura 4. El hambre oculta afecta a más de 2 millones de personas en el mundo, especialmente las zonas más pobres.

Fuente: World Food Programme, 2016.

efectos por exceso de fertilizaciones nitrogenadas es el ajuste de las dosis de aplicación de los fertilizantes considerando las demandas reales de cada etapa de los cultivos, así como el aporte del suelo. Lo anterior exige realizar análisis químico de suelos para conocer la disponibilidad de los nutrientes del suelo, y con ello determinar el aporte a realizar con los fertilizantes. Además, se requiere implementar técnicas de monitoreo foliar para determinar la concentración de N en la planta, con la finalidad de hacer ajustes oportunos en los programas de fertilización. Además, es necesario desarrollar variedades más eficientes en la absorción y metabolización del N.

Función e importancia de los nutrientes

Después de casi un siglo de investigación sobre la funciones de los nutrientes en las plantas, todavía falta aprender mucho sobre sus mecanismos y funciones. Actualmente las nuevas herramientas analíticas y moleculares permiten obtener nuevos conocimientos en la nutrición vegetal, por ejemplo, recientemente se descubrió que el Magnesio (Mg) participa en el control del reloj circadiano vegetal, la señalización del etileno, la respuesta al estrés oxidativo y la integridad de la clorofila. Estas herramientas no solo permitirán conocer a detalle las funciones de los nutrientes, sino también la obtención de soluciones para fisiopatías como la mancha amarga (Bitter pit) en manzana o la pudrición apical (Blossom end rot) en tomate.

Conclusiones

Los fertilizantes minerales desempeñan un papel importante para satisfacer la necesidad de alimentos en calidad y cantidad para alimentar a una población en crecimiento. Sin embargo, es preciso optimizar las estrategias de fertilización para satisfacer la demanda real de nutrientes de los cultivos, a fin de evitar la contaminación ambiental y la degradación del suelo. Por otra parte, los trabajos de fitomejoramiento de cultivares resistentes a los elementos tóxicos y eficientes en nutrientes, son altamente prometedores y retadores. Además, las nuevas herramientas analíticas y moleculares disponibles permiten revisar y profundizar en el conocimiento que tenemos sobre las funciones de los nutrientes. Por lo tanto, la Nutrición Vegetal también debe desempeñar un papel primordial en las Ciencias Vegetales y Ambientales del futuro.

Cita correcta de este artículo

Horst, W. 2017. Los Retos Multifacéticos de la Nutrición Vegetal. Serie Nutrición Vegetal. Núm. 87. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 5 p.

 

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