Durante los últimos 50 años, la aplicación de fertilizantes nitrogenados se ha incrementado 20 veces y se prevé que su aplicación se incremente a 180 millones de toneladas para 2030 con el objetivo de poder abastecer a la población mundial en aumento.
Esto provoca que los niveles de producción tengan que ser mayores por lo que se están diseñando modelos agrícolas más intensivos, lo que conlleva a un consumo excesivo y descontrolado de fertilizantes provocando una alteración del ciclo global del nitrógeno (N).
Esta alteración está ocasionando grandes problemas ambientales como es la contaminación de extensos volúmenes de agua, lo cual es nocivo tanto para la naturaleza, como para los seres humanos, causando impactos negativos en el medio ambiente y la sociedad (Cui et al., 2014). Por ello, la agricultura tiene que tender hacia una intensificación sostenible, para alcanzarlo, se están impulsando numerosas medidas que contribuyan a paliar sus efectos.
Entre los intentos de mejora, destaca el de encontrar sustitutos y/o complementos a la fertilización de N mineral, con el fin de reducir y minimizar su aplicación y buscar en los fertilizantes Biológicos una gran oportunidad.
El nitrógeno (N) es imprescindible para el crecimiento de las plantas terrestres considerándolo como un macronutriente esencial.
Su importancia radica en que forma parte de biomoléculas como las proteínas, ácidos nucleicos, clorofila, vitaminas, aminoácidos y hormonas.
En la naturaleza, el N a pesar de ser uno de los elementos más abundantes del planeta, es uno de los nutrientes más limitados para la producción de los cultivos.
Existen dos fuentes principales de reserva de N para las plantas. La principal es la atmosférica, en ella el 78% es N y se encuentra mayoritariamente en forma diatómica, por lo que queda inaccesible para la mayor parte de las plantas.
La otra reserva mayoritaria de N es la materia orgánica del suelo donde aproximadamente el 98% se encuentra formando compuestos orgánicos.
El N que se encuentra en formas orgánicas no está disponible para las plantas de interés agronómico ya que absorben mayoritariamente formas inorgánicas.
Por lo cual, es necesario que esa materia orgánica sufra un proceso de mineralización para pasar de formas orgánicas no disponibles para las plantas a formas inorgánicas disponibles y así poder ser asimiladas.
A pesar de la gran cantidad de N presente en el planeta, apenas un 10% del total de la fracción de N está disponible para las plantas.
Se pueden caracterizar tres distintos grupos de Bacterias fijadoras de Nitrógeno: Diazótrofas: organismos de vida libre; Asociativas (endófitos facultativos u obligatorios); simbiótico (Evans y Burris, 1992).
La diversidad existente entre los grupos garantiza la continuidad de los procesos en un determinado ecosistema, así como su presencia en los más diversos hábitats terrestres (Moreira et al., 2010).
Existe una diversidad de asociaciones de microorganismos con plantas, algunas de las cuales se establecen en la filosfera.
El Nitrógeno, a pesar de ser uno de los elementos más abundantes del planeta, es uno de los nutrientes más limitados para la producción de los cultivos.
La filosfera corresponde a la superficie de las plantas, es decir a la parte aérea de las plantas vasculares, haciendo así, una analogía con la rizosfera (Newton et al.,2010), que puede referirse a la superficie adaxial y abaxial de la hoja y, en algunos casos, a la hoja completa, incluido el medio interno.
Los microorganismos de la filosfera pueden colonizar la planta de forma epífita (colonización superficial) o endófitamente (colonización de tejidos internos).
En general, las bacterias más abundantes en las hojas son las pigmentadas, fijadoras de nitrógeno como (Methylobacterium sp). (Berdugo, 2012; Gómez, 2012).
Methylobacterium symbioticum fija el nitrógeno del aire y lo convierte en un elemento disponible para la planta.
Methylobacterium symbioticum es una bacteria eficiente y con una alta capacidad de proporcionar nitrógeno a la planta del aire en forma natural; convierte el nitrógeno atmosférico (N2) en amonio (NH4+) permitiendo a la planta el flujo constante de nitrógeno durante toda la temporada de cultivo.
¿Cómo funciona Methylobacterium symbioticum?
La bacteria M. symbioticum penetra en la planta a través de las estomas de las hojas y se instala principalmente en las células fotosintéticas haciendo uso del sistema enzimático de la nitrogenasa para fijación del N.
El complejo enzimático bacteriano de la nitrogenasa es usado por la bacteria M. symbioticum que se encarga de fijar el nitrógeno atmosférico transformándolo en amonio y cediéndolo posteriormente a su hospedador, la planta. Por tanto, la planta es capaz de asimilar el amonio proveniente del N atmosférico, y cedido por su huésped (bacteria endosimbiótica), posibilitando la reducción de la aplicación de N mineral y, por tanto, minimizando la lixiviación de nitrato y la degradación de los suelos.
Por otra parte, la fijación biológica de N atmosférico de la bacteria M. symbioticum consigue que la planta no tenga la necesidad de tomar la totalidad del N vía radicular disminuyendo así, el gasto energético de la vía enzimática nitrato reductasa, ya que convertiría menor cantidad de nitrato en amonio dentro de la planta.
De esta manera, la planta puede utilizar la energía ahorrada en su crecimiento vegetal.
Esto reduce las aplicaciones excesivas de nitrógeno y de otros fertilizantes nitrogenados, ya que garantiza el nitrógeno durante todo el ciclo del cultivo, y es una fuente alternativa de nitrógeno suplementario, mitigando el alto costo de los fertilizantes en el mercado.
Referencias
- Hoffman, B. M., Lukoyanov, D., Yang, Z. Y., et al. (2014). Mecanismo de fijación de nitrógeno por nitrogenasa: la siguiente etapa. Chemical Reviews, 114, 4041-4062. https://doi.org/10.1021/cr400641x
- Pascual, J., Ros, M., Martínez, M., Carmona, M., Bernabé, J., Torres, A., Lucena, T., Aznar, J., Arahal, D. R., & Fernández, J. (2020). Methylobacterium symbioticum sp. nov., a new species isolated from spores of Glomus iranicum var. tenuihypharum. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. https://doi.org/10.1099/ijsem.0.004701
- Patt, T. E., Cole, G. C., & Hanson, R. S. (1976). Methylobacterium, un nuevo género de bacterias facultativamente metilotróficas. International Journal of Systematic Bacteriology, 26, 226-229. https://doi.org/10.1099/00207713-26-2-226
