La fijación de nitrógeno en las plantas, vía para captar alimento del aire

Unos de los grandes retos a los que se enfrenta la agricultura a medio y largo plazo es el de ser capaz de abastecer de alimentos a una población mundial que aumenta a un ritmo vertiginoso. Según estima la FAO, para el año 2050 serán necesarios casi el doble de los alimentos, forraje y biocombustible de los que se producen ahora para poder dar de comer a los habitantes de la Tierra. Hacer más eficientes los recursos de los que ya se disponen y conseguir producir una mayor cantidad de alimentos de forma más rápida y con el menor impacto medioambiental posible es una tarea que será fundamental en este contexto y para la que ya se trabaja desde varios ámbitos.

Para producir dichos alimentos, lo primero es dar sustento a los suelos que les proporcionan los nutrientes con los que crecer. Entre los tres elementos que necesita el terreno para que los cultivos puedan prosperar en él (fósforo, potasio y nitrógeno) vamos poner el foco en este último por su importancia, ya que compone el 78% del aire de nuestra atmósfera, y por tanto es un elemento considerado fuente de vida. Sin él no es posible el crecimiento de las plantas o un buen rendimiento de los cultivos. De ahí que el nitrógeno obtenido por procesos químicos, principalmente a través de la destilación fraccionada del aire líquido, sea el más usado en las tareas de abonado y fertilización de los suelos de todo el mundo.

Pero ¿qué sucedería si se aprovechara a gran escala la capacidad que tienen algunas especies vegetales de captar nitrógeno por sí mismas? Supondría un importante ahorro de recursos y una mayor protección medioambiental para un planeta condenado a rendir al máximo en la fabricación de recursos agroalimentarios.

Son cada vez más los proyectos e investigaciones que retoman el conocimiento de los agricultores de antaño y los complementan con la base científica actual para lograr que este nutriente se produzca en los suelos de forma natural y gracias, principalmente, a los cultivos de algunas plantas leguminosas. “La tradicional rotación, por ejemplo, era algo que los antiguos intuían que venía bien al suelo, aunque no conocían el por qué. Hoy ya sabemos científicamente que se debe a que las leguminosas son capaces por sí mismas de fijar el nitrógeno al suelo y, por tanto, aportarle los nutrientes que requiere sin necesidad de añadir productos extra.”, explica Luis Rey, profesor e investigador del Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas. “Así, si un año se plantan leguminosas y al siguiente, cereales, el suelo contará con nutrientes, no como si siempre se plantan cereales, por ejemplo, donde habrá una carencia de estos”, añade el investigador.

La fijación de nitrógeno de la atmósfera al suelo se produce gracias a unas bacterias, que pueden hacerlo en solitario (bacterias de vida libre) o mediante bacterias (rizobios) que actúan en simbiosis con algunas especies vegetales, principalmente las leguminosas.  Diversas investigaciones analizan cómo se produce esta fijación y de qué modo aplicarla a las necesidades agrícolas actuales, muchas de ellas amparadas por la Sociedad Española de Fijación de Nitrógeno (SEFIN), que desde hace más de 30 años recopila e impulsa los trabajos en esta área.

Plantas en condiciones de estrés

El Grupo de Fijación de Nitrógeno de la Universidad de Granada (dependiente del departamento de Fisiología Vegetal) es uno de los más conocidos en toda la comunidad científica por sus estudios sobre fijación biológica de nitrógeno al suelo gracias a la simbiosis entre bacterias del suelo fijadoras de nitrógeno atmosférico y plantas leguminosas.  Miguel López-Gómez, profesor titular de este departamento y miembro del equipo de investigación, explica cómo esta simbiosis es capaz de transferir el nitrógeno de la atmósfera a la planta a través de la colonización por parte de las bacterias de la raíz, nutriéndola de esta forma y sin posibilidad alguna de contaminación.  “Estudiamos los mecanismos de las plantas para adaptarse, así como las más adecuadas en dicha adaptación”, indica. Entre todas, destaca a las leguminosas y, dentro de esta rama, a especies como la alfalfa, las judías verdes, los garbanzos, las alubias o los atramuces. Son, apunta, cultivos de bajo impacto porque no requieren utilizar fertilizantes, lo que supone un importante ahorro económico y medioambiental.

Las líneas de investigación de este departamento giran en dos caminos. La primera se centra en las respuestas adaptativas de la simbiosis a condiciones de estrés, como la elevada salinidad, con el fin de mejorar la productividad de especies de leguminosas de interés agronómico en regiones semiáridas. Así, trabajan junto a universidades del norte de África, como Túnez y Marruecos, con las que analizan la baja productividad debido a la calidad de sus suelos. En toda la cuenca mediterránea, indica el investigador, es muy habitual encontrarse con cantidades excesivas de salinidad en los suelos, lo que los convierte en poco productivos. A través de sus investigaciones, el grupo pretende solventar estas carencias gracias a la capacidad de las plantas para fijar el nitrógeno.

Por otro lado, mediante el incremento de la eficiencia de la fijación biológica de nitrógeno se pretende favorecer la utilización de leguminosas para la recuperación de suelos degradados y mejorar la calidad de estos. Este procedimiento permite además la reducción en la utilización de fertilizantes químicos con la consiguiente reducción de costes económicos y ambientales en la producción de otras especies hortofrutícolas

Revolución agraria

En el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas, organismo de carácter nacional que desarrolla diferentes investigaciones relacionadas con la fijación de nitrógeno, la investigación matriz estudia cómo mejorar el rizobio que coloniza a las raíces de las plantas con el fin de inocularlo en diferentes cultivos. Para ello, se analiza el genoma de dichas plantas y se comprueba cuáles son más adecuadas a unas bacterias o a otras y por qué. Una de las grandes aplicaciones en la agricultura que persigue esta investigación es la posibilidad de inocular estas bacterias a otros cultivos que de por sí no son capaces de fijar nitrógeno, como es el caso de los cereales. De hecho, el estudio ha despertado tal interés mundial que cuenta con fondos de financiación de la fundación Bill y Mellinda Gates. “Supondría una gran revolución para la agricultura y para la alimentación el hecho de que se pudieran inocular estos rizobios a los cereales y lograr que los suelos en los que se cultivan fijaran nitrógeno”, indica Luis Rey.

Otra de las líneas de investigación del centro trabaja en averiguar por qué las leguminosas tienen esta capacidad de fijar nitrógeno y otras plantas no. Así, estudian las moléculas y sus diferentes procesos con el fin de conocer las claves bajo las que se produce este fenómeno. Sumado a esto se añaden las investigaciones relacionadas con las bacterias de vida libre y su impacto positivo en los cultivos como el de la caña de azúcar. Dichas bacterias son capaces también de nutrir los suelos sin necesidad de colonizar las raíces de la planta, por lo que su correcta utilización sería fundamental en la agricultura.

Banco de rizobios

En el IFAPA (Instituto de Formación Agraria y Pesquera de Andalucía) ya cuentan con una colección de rizobios y con ellos realizan ensayos para inocularlos en diferentes cultivos y producir esa “infección beneficiosa” que genera el nitrógeno.

También el Instituto ha realizado algunas investigaciones para favorecer los suelos de cultivos leñosos como el olivar, que suelen necesitar habitualmente nutrientes artificiales. Javier Hidalgo, miembro del IFAPA, indica que en el caso de las plantaciones olivareras sería fundamental reducir la cantidad de fertilizantes con nitratos y evitar las posibles contaminaciones de acuíferos por el arrastre que provocan las lluvias. Una de las alternativas es la plantación de leguminosas entre los olivares, bien para su explotación o únicamente como cubierta vegetal y con el fin de que, de un modo u otro, nutran los suelos. Sin embargo, todavía son escasas las explotaciones que optan por este tipo de cubiertas, con una vida más efímera que las de otro tipo de cultivos o confeccionadas con poda del propio olivar.

También ha habido ensayos con inoculaciones en las plantas, aunque las investigaciones deben avanzar algo más para que este tipo de medidas acaben implantándose en la agricultura.

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