El Nitrógeno (N) es constituyente estructural de proteínas, de muchos metabolitos relacionados con la síntesis y transferencia de energía y también de ácidos nucleicos. Es el elemento del suelo más absorbido por las plantas en condiciones normales de cultivo. Las raíces de las plantas toman el nitrógeno del suelo en forma de nitrato (NO3-) o amonio (NH4+). Prácticamente todo el N absorbido del suelo proviene de dos formas de iones inorgánicos, NH4+ y NO3. Cerca de 70% de los cationes y aniones absorbidos por las plantas son representados por NH4+ y NO3, lo que hace que las formas de N absorbidas por las raíces sean muy importantes en términos del balance iónico y desarrollo de la planta.
Preferencias Específicas de los Cultivos
La preferencia de las plantas por NH4+ o NO3-, cuando ambas formas están presentes, depende fundamentalmente de la especie cultivada. Las especies y cultivares tienen exigencias diferentes del nutrimento, en relación a la cantidad y a la forma absorbida. Por ejemplo, los cereales absorben indistintamente cualquier forma de N. En contraste, las solanáceas como tomate se ven favorecidas por una relación NO3-/NH4+ más alta. Existen trabajos que indican que algunos cultivos crecen mejor si se les suministra una mezcla de NH4+ y NO3-.
Mecanismos de Absorción y Asimilación del Nitrato
Los nitratos (NO3-) son un grupo de sales inorgánicas del ácido nítrico muy conocidas en el mundo de la agricultura. Las plantas utilizan los nitratos como fuente principal de nitrógeno, un elemento indispensable para el correcto funcionamiento fisiológico de los vegetales. Los NO3- se absorben de manera activa, es decir, con gasto de energía. Enzimas especiales catalizan el pasaje de los iones NO3- a través de las membranas celulares, sobre todo a nivel de los pelos radiculares. La asimilación de NO3- se realiza a través de una serie de etapas. Primero, el NO3- se reduce a NO2- por acción enzimática y de la presencia de fotosintatos. La enzima nitrato reductasa cataliza la reducción de nitrato (NO3-) a nitrito (NO2-). Esta enzima se encuentra en plantas y microorganismos y es fundamental para la asimilación del nitrógeno por parte de las plantas, ya que el nitrito es más fácil de utilizar. Luego, ese NO2- se reduce a NH3, por la acción de la nitrito reductasa.
Factores que Influyen en la Absorción de Nitrato
En la mayoría de los suelos la acción de bacterias nitrificantes hace que los cultivos absorban en su mayoría N-NO3-. Sin embargo, en otras situaciones especiales del suelo, como condiciones anaeróbicas, las plantas pueden absorber relativamente más NH4+ que NO3-. De igual manera puede suceder inmediatamente después de una aplicación de fertilizantes amoniacales o en etapas de crecimiento temprano. Como ya se indicó, los NO3- se absorben en menor proporción cuando las temperaturas son bajas. La absorción de nitrato y amonio varía conforme la especie, variedad, temperatura, pH e intensidad luminosa como puede ser constatado en diversos cultivos.
Comparación Energética y Fisiológica con el Amonio
Una vez absorbido, el NH4+ no requiere ser reducido, por lo que con relación al NO3- existiría un ahorro de energía por parte de la planta. Sin embargo, en algunas situaciones este costo energético podría no ser importante. Cuando el NO3- es reducido en la hoja, la energía que se utiliza para el proceso de reducción proviene directamente de la energía solar, y no supone utilización de carbohidratos como fuente de energía. Por otro lado, la absorción de NH4+ se cumple a través de un proceso activo y otro pasivo. A pesar de que el NH4+ puede ser absorbido pasivamente, su tasa de absorción depende más que la del NO3- del suministro de energía. Esto se debe a que una vez que es absorbido, el NH4+ debe ser incorporado inmediatamente a los esqueletos carbonados. Si no existen carbohidratos disponibles para este proceso, el NH4+ puede acumularse a niveles tóxicos dentro de la raíz. En relación con el suelo, el NO3- es particularmente sujeto a lixiviación. Mientras que el NH4+ es cargado positivamente, lo que hace que, aplicado en el suelo, se adsorba más lentamente debido al intercambio iónico, reduciendo la pérdida por drenaje. Además, el NH4+ puede ser fijado por las arcillas con predominancia de vermiculita y montmorilonita.
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Implicaciones Ambientales y para la Salud por Acumulación de Nitratos
El empleo masivo de nitrato como fertilizante nitrogenado ha dado lugar a graves problemas ambientales, así como a la salud pública. El nitrato se acumula en las plantas, encontrándose los niveles más altos en las hojas, como en la lechuga y en la espinaca. Aunque actualmente no es una verdadera preocupación, el consumo en exceso de nitratos conlleva un cierto peligro en bebés y niños de corta edad. Tanto si se consume a través de dichos alimentos como a través del suministro de agua, puede provocar una patología conocida como el “síndrome del bebé azul”. Una reducción del nitrato y al mismo tiempo mejorar la calidad es un desafío importante para la agricultura moderna. La aplicación de ácido indol acético, triptofano y melatonina reduce el tenor de nitratos en lechuga y espinaca. Una forma de evitar esto es usar una fuente alternativa de nitrógeno para la planta, como puede ser la utilización de bioestimulantes basados en bacterias. Este producto contiene bacterias que forman una simbiosis con las raíces de nuestros cultivos, y tienen (entre otras) la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico, el cual ceden a la planta en forma de amoniaco.
Estudio de Caso: Absorción de Nitrógeno en la Papa (Solanum tuberosum)
El objetivo de un trabajo fue determinar la forma de N (N-NH4+ o N-NO3-) más absorbida por las plantas de papa en la producción de tubérculos-semilla, usando el isótopo 15N. El experimento fue realizado en condiciones de invernadero durante los meses de agosto a noviembre de 2006 en las instalaciones del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (CENA), Universidad de São Paulo (USP), Brasil. La forma preferencial de absorción del nitrógeno en la fase inicial de desarrollo fue la amoniacal, tornándose a nítrica después de 56 días (formación de tubérculos). El aprovechamiento de N por las plantas, sin embargo, fue siempre mayor con la forma amoniacal aplicada en todos los estadios, con excepción de los 28 días y al final de ciclo.
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