Ciencia para todos desde el CEBAS

José A. Hernández Cortés. Investigador Científico del CSIC. Grupo de Biotecnología de Frutales, CEBAS-CSIC, Murcia

Los nutrientes minerales, como el nitrógeno, fósforo o potasio, son elementos que las plantas adquieren del suelo en forma de iones inorgánicos. Todos los nutrientes minerales son reciclados a partir de todos los organismos vivos, pero entran en la  biosfera principalmente gracias al sistema radicular de las plantas, por lo que podríamos decir, en cierto sentido, que las plantas actúan como los “mineros” de la corteza terrestre (Epstein 1999). Una vez que los elementos minerales son absorbidos por las raíces, éstos son transportados (translocados) a otras partes de la planta, donde van a ser usados en diferentes funciones biológicas. Otros organismos, como los hongos micorrícicos y las bacterias fijadoras de nitrógeno pueden participar con las raíces en la adquisición de nutrientes minerales.

Denominamos “Nutrición Mineral” a la disciplina que se dedica al estudio de cómo las plantas obtienen y usan los nutrientes minerales. Esta área de investigación es muy importante en la agricultura moderna y en la protección medioambiental. Un alto rendimiento agrícola depende de una adecuada fertilización con nutrientes minerales. De hecho, el rendimiento de la mayor parte de los cultivos vegetales aumentan de forma lineal con la cantidad de fertilizantes que pueden absorber (Loomis y Connor 1992).

Para satisfacer la incrementada demanda de alimentos, el consumo de elementos minerales primarios usados en los fertilizantes (Nitrógeno, Fósforo y Potasio) se ha incrementado con el paso de los años. Por ejemplo, en el año 1960 se usaron 30 millones de toneladas, siendo este consumo de unas 170 toneladas en 2008 (www.faostat.fao.org). Sin embargo, las plantas utilizan menos del 50% de los fertilizantes que se aplican en el suelo (Loomis y Connor 1992).  Los nutrientes no absorbidos por la planta son lixiviados llegando a las aguas superficiales y/o subterráneas, pueden quedar unidos a las partículas del suelo y pueden contribuir a un aumento de la contaminación ambiental.

Sólo ciertos elementos son esenciales para las plantas. Un elemento esencial se define como un elemento que es un componente intrínseco en la estructura o en el metabolismo de una planta y cuya ausencia causa anormalidades, en el crecimiento, desarrollo y/o reproducción de la planta (Epstein y Bloom 2005). Por lo tanto, si a una planta se le proporciona todos los elementos esenciales, así como agua y la luz del sol, será capaz de sintetizar todos los compuestos que necesita para su crecimiento normal.

Los elementos esenciales se clasifican como macronutrientes y micronutrientes de acuerdo a la concentración a la que aparecen en los tejidos vegetales. Elementos como el hidrógeno (H), oxígeno (O) y carbono (C) no son considerados como elementos esenciales y que se obtienen de forma primaria del agua y del CO2.

tabla macro y micronutrientes

Otros investigadores han propuesto que los elementos esenciales deberían clasificarse de acuerdo a sus funciones bioquímicas y fisiológicas (Mengel y Kirkby 2001). Estos investigadores, clasifican los elementos esenciales en cuatro grupos básicos:

 Grupo 1

Nutrientes que forman parte de compuestos orgánicos: N y S

  • El N forma parte de  aminoácidos, amidas, proteínas, ácidos nucléicos, nucleótidos, coenzimas, hexosaminas etc…
  • El S forma parte de la cisteína, cistina, metionina, coenzima A, tiamina, glutatión, biotina, 5-adenosilsulfato, 3-fosfoadenosina, etc…

Las plantas asimilan estos nutrientes mediantes reacciones bioquímicas redox (de oxidación y reducción) para formar enlaces covalentes con el carbono (C) y crear compuestos orgánicos.

Grupo 2

Nutrientes importantes en el almacenamiento de energía o en la integridad estructural: P, Si, B

  • El P forma parte de los azúcares fosfato, ácidos nucleicos, nucleótidos, coenzimas, fosfolípidos, etc…. Tiene una importante función que implican al ATP (principal molécula de almacenamiento y transferencia de energía en la célula).
  • El Si se almacena como silicato en la pared celular de las plantas, contribuyendo a las propiedades mecánicas de las mismas, incluyendo la rigidez y la elasticidad.
  • El B forma complejos con el manitol, mananos y ácido poligalacturónico y con otros componentes de la pared celular. Está implicado en la elongación celular y en el metabolismo de los ácidos nucleicos.

Grupo 3

Nutrientes que aparecen en forma iónica: K, Ca, Mg, Cl, Mn, Na

  • El K es requerido como cofactor por más de 40 enzimas. Es el principal catión implicado en mantener la turgencia celular y la neutralidad eléctrica.
  • El Ca forma parte de la pared celular vegetal, es requerido como cofactor para algunas enzimas implicadas en la hidrólisis del ATP y de los fosfolípidos. Actúa como segundo mensajero en los procesos de regulación metabólica.
  • El Mg es requerido por muchas enzimas implicadas en la transferencia de grupos fosfato. Forma parte de la molécula de clorofila.
  • En Cl es requerido en las reacciones fotosintéticas implicadas en la evolución del oxígeno molecular (O2).
  • El Mn es requerido para la actividad de algunas deshidrogenasas, descarboxilasas, kinasas, oxidasas (como la Mn-SOD), peroxidasas. También está involucrada en la evolución fotosintética del O2.
  • El Na está implicado en la regeneración del fosfoenolpiruvato en plantas que presentan fotosíntesis tipo C4 y CAM. Puede sustituir al K en alguna de sus funciones.

Grupo 4

Nutrientes implicados en reacciones Redox: Fe, Zn, Cu, Ni, Mo

  • El Fe forma parte de los citocromos, y de proteínas no héticas implicadas en fotosíntesis, fijación de N y rrespiración.
  • El Zn forma parte de las enzimas alcohol deshidrogenasa, glutámico deshidrogenasa, anhidrasa carbónica.
  • El Cu forma parte de las enzimas ascorbato oxidasa, tirosinasa, monoamino oxidasa, uricasa, citocromo oxidasa, fenolasa, lacasa y de la plastocianina.
  • El Ni es constituyente de la enzima uricasa. En las bacterias fijadoras de nitrógeno forma parte de las hidrogenasas.
  • El Mo forma parte de las enzimas  nitrogenada, nitrato reductasa y xantina deshidrogenasa.

Hay otros elementos que no son considerados esenciales pero que también se han detectado en tejidos vegetales. Este es el caso del aluminio (Al), del selenio (Se) y del cobalto (Co). El Al se ha detectado a muy bajas concentraciones (desde 0,1 a 500 ppm) y su adición a disoluciones nutritivas a muy baja concentración puede estimular el crecimiento de las plantas (Marschner 1995). Muchas especies del género Astragalus acumulan Se, si bien no parecen tener un requerimiento especial por este nutriente. Sin embargo, se ha descrito que el Se actúa como cofactor de la enzima glutatión peroxidada, enzima antioxidante implicada en la eliminación de H2O2 y de peróxidos lipídicos. El Co forma parte de la cobalamina (vitamina B12 y sus derivados).

 Bibliografía

  • Epstein E (1999) Ann Rev Plant      Physiol Plnt Mol Biol  50:641-664.
  • Epstein E y Bloom AJ (2005)      Mineral Nutrition of Plants: Principles and Perspectives. 2nd ed. Sinauer      Associates, Sunderland,       MA.
  • Loomis  RS y Connor DJ (1992) Crop Ecology:      Productivity and Management in Agricultural System. Cambridge      University Press, Cambridge.
  • Marschner H (1995) Mineral      Nutrition of Higher Plants, 2nd ed, Academic Press, London.
  • Mengel K y Kirkby EA (2001)      Principles of Plant Nutrition, 5th ed. Kluwer Acad. Publ. Dordrecht.
  • Taiz L y Zeiger E (2010) Plant      Physiology, 5th ed., Sinauer Associates Inc, Sunderland, MA.
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