El nitrógeno es un elemento esencial para el desarrollo de las plantas, y es un factor limitante para el crecimiento de las mismas. El nitrógeno se encuentra en grandes cantidades en la atmósfera, constituyendo el 78 % del total de la composición de gases del aire. Sin embargo, las plantas no tienen acceso directo al nitrógeno en forma gaseosa (N2) debido a su estabilidad, lo que hace que su aprovechamiento sea bajo. Tan solo la acción de algunos grupos de bacterias y arqueas es capaz de fijar este gas e incorporarlo al suelo.
La fijación biológica del nitrógeno
La fijación biológica del nitrógeno es un proceso que implica la transformación del N2 atmosférico relativamente no reactivo en sus compuestos más reactivos (nitratos, nitritos o amoníaco). Las bacterias fijadoras sintetizan la enzima nitrogenasa, responsable de la fijación biológica. Esta fijación se da por medio de una conversión de nitrógeno gaseoso en amoníaco o nitratos, formas adecuadas para los cultivos que favorecen su crecimiento.
Alrededor del 90% de la fijación natural en nuestro planeta es biótica y se produce gracias a los microorganismos del suelo. Entre estos grupos de seres vivos destacan las cianobacterias, las arqueas productoras de metano, el género microbiano Azotobacter y otros grupos bacterianos simbiontes de las raíces de las leguminosas. La mayor actividad se alcanza con un grado de humedad adecuado en el suelo, así como una fuente de carbono accesible.
Microorganismos destacados
- Azotobacter: Género de bacterias aerobias que reducen el nitrógeno atmosférico a nitrógeno amoniacal. Presentan movimiento, ya que tienen flagelos perítricos, y prefieren suelos con niveles de pH neutros.
- Rhizobium: Género de bacterias gram-negativas cuya importancia se debe a la simbiosis que establecen con las leguminosas. El proceso de formación de los nódulos requiere condiciones muy específicas de temperatura (15-20ºC) y disponibilidad de minerales como el molibdeno.
- Frankia: Fija el nitrógeno atmosférico mediante la nodulación de las raíces en plantas actinorrizadas como el aliso, permitiendo su supervivencia en suelos infértiles.
Tabla: Tipos de bacterias fijadoras de nitrógeno
| Tipo de bacteria | Fuente de energía | Protección del oxígeno | Tasa de fijación (kg N ha-1 año-1) |
|---|---|---|---|
| Simbiótica (nódulos radiculares) | Alta | Alta | 50-465 |
| Asociativa | Moderada | Moderada | 2-170 |
| Fijadora libre | Moderada | Baja | 1-80 |
Importancia de la simbiosis en leguminosas
Es habitual que los Rhizobium colonicen las raíces de las legumbres. La entrada del microorganismo por las raíces de la planta genera la paralización inmediata de la producción de la hormona auxina, provocando los abultamientos llamados nódulos. En el interior de la célula vegetal, la bacteria condiciona a la planta la producción de una proteína transportadora de oxígeno llamada Leg-hemoglobina. Esta captación de oxígeno es vital, ya que la nitrogenasa bacteriana es extremadamente sensible a este gas oxidante.
Las bacterias proporcionan a los cultivos el nitrógeno listo para ser utilizado, necesario como parte de las moléculas de clorofila y de los aminoácidos para construir las proteínas. Cuando estas bacterias mueren, el nitrógeno acumulado en su biomasa se libera en el suelo, potenciando la fertilidad de forma natural. Este proceso permite a los agricultores ahorrar en fertilizantes sintéticos y constituye una base fundamental para la agricultura ecológica.
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