La planta y sus nutrientes: Algunas ideas básicas (Salvador González Carcedo)

En un posit de Juanjo “Los Nutrientes del Suelo y Las Plantas: Asimilación y Fertilidad” clasifica de forma tradicional a los elementos que sirven a las plantas para su nutrición. En ella nos indica algunas de las formas en que se encuentran en el suelo y su disponibilidad para las plantas. Creo que es importante definir algunos conceptos complementarios, y este es mi objetivo en este primer posit para ir adecuando el conocimiento de los estudiosos del suelo a las nuevas corrientes de conocimiento que nos aportan otras ciencias.

En primer lugar quisiera que los estudiantes tuvieran claro un concepto básico: Las raíces en su globalidad no asimilan nutrientes, lo hacen únicamente los tricoblastos, (unas células desnudas que nacen directamente de la raíz y no tienen pared vegetal) siempre y cuando la raíz no está asociada a otro ser vivo (hongos, bacterias fijadoras de N₂, etc) y solo los captan de la solución o de la atmósfera del suelo.

Bien entendido que este proceso de asimilación lo debemos de realizar todos los seres vivos. Así, las bacterias captan del medio edáfico aminoácidos de las series D y L, pero asimilarlo, incluyéndolo en sus proteínas (síntesis protéica), supone que los L-aminoácidos sean transformados en serie D (que son los que usan). Los vegetales tienen como sistema asimilador mas activo el conjunto fotosintético pero no es el único.  

Desde hace pocos años, se conoce que para la captura de todos los nutrientes inorgánicos y de ciertas moléculas inorgánicas y orgánicas, los tricoblastos presentan sistemas de captura específicos y transferencia (“transporter”) hacia el citoplasma.  Estos sistemas de transferencia son moléculas protéicas incluidas en la membrana celular del tricoblasto en forma “integral” (atraviesan todo la membrana) y presentan bucles que actúan tanto hacia el lado exterior como en el lado interno de la célula. Su función en el superficie externa del tricoblasto es la de seleccionar a cada elemento nutricional de forma específica, ubicado en el pool nutricional (presente en la solución que irriga el área rizosférica). En el lado citoplásmico, entregará el ión captado a otro transportador (que iniciará su transferencia hasta las hojas vía xilema) o a un sistema enzimático del citoplasma, que iniciará el proceso de asimilación mediante catálisis bioquímica.

Así, el Fe³⁺, una vez retenido por el transporter, debe de ser reducido a Fe ²⁺ “in situ” por un sistema de oxido-reducción acoplado, y como tal especie química, pasará al área citoplásmica, para luego ser captado por otra molécula soluble y específica, que le llevará hasta las hojas.

Debemos de pensar que las proteínas de captura y transferencia son lo más delicado del mundo, precisan de un constante aporte de energía, que mantenga su estructura quinaria en perfecto estado.  En consecuencia los “transporter” de la membrana de los tricoblastos deben de tener asociados sistemas ATPásicos muy activos (el gasto energético para la captura de nutrientes es muy elevado) que mantengan los niveles energéticos precisos para impedir la desnaturalización de sus estructuras, además de presentar en su citoplasma conjunto de información genética de los mismos tremendamente activos capaces de sustituir aquellos que sufran daños.

Otro problema que resuelven esas ATPasas, se centra en la capacidad de mantener un equilibrio iónico en la superficie externa del tricoblasto.  Es evidente que la planta capta tanto aniones como cationes, y que de forma simultánea la cara externa de la membrana del tricoblasto debe de permitir el acercamiento de iones con carga opuesta (aniones (-) y cationes (+)).  Para conseguirlo, los sistemas ATPásicos a la vez que liberan la energía de mantenimiento adecuada para el mantenimiento de la membrana, actúan como una “bomba protogénica”, liberando, en su ámbito de actuación, H⁺ al medio exterior, lo que además permite que en el resto de la superficie membranal externa la carga, por defecto, sea electronegativa.  Ello permite la existencia de áreas membranales específicas de asimilación de aniones (nitratos, fosfatos, sulfatos…) y otra de asimilación de cationes.

Lo anteriormente expuesto, recuerda, en cierta manera al modelo DLVO de doble capa (referido a las superficies argílicas alumínico-silicatadas) que gracias a las sustituciones isomórficas y otros procesos de alteración (como la intervención del CO₂) generan superficies electronegativas, lo que permite la aproximación de cationes a su superficie.  La gran diferencia entre estas superficies argílicas y las membranas, se centra en que cuando los iones se acercan a esta última superficie, se encuentran con sistemas discriminantes que “hacen desaparecer de esa superficie” a algunos cationes (los nutrientes), al transferirlos a un nuevo ámbito, el citoplásmico.

Una justificación a la toxicidad de los ETPs (elementos con potencialidad fitotóxica), aparecen de inmediato. Manejamos sistemas protéicos con capacidad de reconocimiento específico, de una tremenda delicadeza, que han sido diseñados tras largos milenios de evolución que les han permitido acoplarse a una determinadas condiciones ambientales en las que la solución del suelo (solución nutricional) se ha ido estabilizando. Sabemos además que los sistemas genéticos guardan información sobre “otras relaciones de concentración de nutrientes”.

Como solución, cuando añadimos al suelo fertilizantes como los nitratos, la concentración de estos se eleva en la solución del suelo.  Detectado por la planta el problema, el sistema genético del tricoblasto responde sintetizando “nuevos transportadores” capaces de discernir menos y trabajar (transportar) a más velocidad.

A veces, las relaciones entre nutrientes catiónicos cambia, elevándose por encima de una dintel umbral (el de toxicidad) siendo capaz de unirse a transportadores que no son los suyos, al sobrepasar la capacidad de discernimiento de otro transportador.  La consecuencia inmediata es un desequilibrio metabólico que afecta a la homeostasia de la planta.  Ello tiene consecuencias inmediatas en el metabolismo, no es ni bueno ni malo, y bien conocido puede suponer el cambiar el destino técnico de la producción vegetal tratada de esta manera (producen mas biomasa y menos grano, producen más azúcares y menos ácidos grasos, el grado de palatabilidad de una planta se puede modificar al tener más azúcares solubles).

En otros casos, la ubicación de una catión (ETP) en un sistema de transporte, genera enlaces estables en su locus de captación, inutilizándole de manera definitiva.  Este hecho en principio genera estress (aparición de radicales libres) y afecta a todo el equilibrio de captación de nutrientes.

Finalmente, las plantas se han dotado de otros sistema de protección cuando un catión se ha captado de forma excesiva o puede causar problemas metabólicos, respecto a sus necesidades metabólicas o a su normal metabolismo. Así nos encontramos con las vacuolas presentes en las hojas. Estas vacuolas generan un acción amortiguadora de la disponibilidad del elemento en cuestión. Es el caso del Si, el Al como cationes y del nitrato o el nitrito y de los fosfatos como aniones.  En el primero de los casos, los camiones, las plantas permiten la evolución geoquímica de los mismos generando fitolitos, cuya disolución se genera, en parte, cuando el metabolismo así lo exige. Además los fitolitos retienen de forma ordenada y sobre su superficie iones fosfato hasta su momento de demanda, que es ejercida por la actividad fotosintética. El caso de los nitratos es también interesante. Los nitratos provenientes de las raíces son transferidos hasta el citoplasma de las células foliares que presentan cloroplastos, y en él propio citoplasma se reducen hasta nitritos, que se acumulan en las vacuolas. Cuando las actividad fotosintética se activa, los nitritos salen de la vacuola y es transferida al plasto, donde el conjunto “cataforético” transfiere electrones y protones para su reducción hasta amonio, y la glutamín-sintetasa  conforma glutamina.

En nuevos posit ya iremos hablando del conjunto de nutrientes de una forma ordenada.  Su conocimiento tiene una influencia directa sobre como debemos de fertilizar los suelos, o de cómo debemos de preparar las soluciones nutritivas, en los sistemas hidropónicos.

Creo que he intentado, no se si lo he conseguido, dar una visión global actualizada y clara de las diferencias entre captura de nutrientes, su posterior transferencia hasta las hojas y el concepto de asimilación.  Lo veré por sus preguntas.

En próximas entregas iré revisando los nutrientes uno a uno, desde mi visión formativa personal.

Saludos cordiales.

Salvador González Carcedo

Hoy como profesor de Química Agrícola