Aportar menos, pero distribuir más eficientemente los nutrientes
Nuevas estrategias para la mejora de la producción y sostenibilidad de nuestras cosechas
Sergio González Nebauer y Rosa Victoria Molina Romero
Investigadores del Grupo de Fisiología vegetal del Departamento de Producción Vegetal de la ETSIAMN -UPV
Desde la revolución verde del siglo pasado, el incremento sustancial de la producción agrícola se ha basado, en gran medida, en la aplicación de enormes cantidades de fertilizantes químicos. Entre ellos, los aportes de nitrógeno (N) destacan especialmente a nivel cuantitativo, con más de 100 millones de toneladas a nivel mundial (FAO, 2024). Se trata del elemento mineral más abundante en la planta, formando parte de moléculas fundamentales como son las proteínas y los ácidos nucleicos. Su contenido tiene una relación directa con la producción de biomasa y cosecha de los cultivos, además de ser un elemento clave en la calidad de los frutos de numerosas especies.
Las plantas captan el nitrógeno del suelo, mayoritariamente en forma inorgánica como el nitrato o el amonio, y lo transforman o asimilan a su forma orgánica, los aminoácidos, generalmente en las hojas. Desde estos órganos fuente, son distribuidos por el floema, a los órganos sumidero, como son las nuevas raíces y brotes en la parte aérea y los frutos, para sustentar su crecimiento.
Sin embargo, y especialmente en las condiciones de sobre-fertilización agrícola, se ha estimado que los cultivos sólo son capaces de captar el 50% como máximo del N aportado, contribuyendo de forma significativa a la contaminación de suelos, acuíferos y atmósfera, a través de diferentes procesos. Además del coste energético de la producción de los fertilizantes nitrogenados, que repercute en los costes de producción agrícola, sus efectos negativos a nivel ambiental motivan la necesidad de reducir sus aportes a los cultivos. En este sentido, las nuevas directivas medioambientales, a nivel global, se están dirigiendo a controlar y limitar el uso de fertilizantes nitrogenados en la agricultura. Como se ha indicado anteriormente, la reducción de los aportes suele provocar una disminución en el crecimiento y producción de las plantas, por lo que, además de una optimización de los procesos de manejo agronómico de los cultivos, es fundamental la mejora de eficiencia en el uso de N (NUE) de las especies cultivadas. Es decir, desarrollar nuevas variedades que consigan maximizar el crecimiento y desarrollo del órgano cosechado en condiciones de mayor sostenibilidad; en este contexto, con aportes mínimos de fertilizantes nitrogenados.
En esta línea, los principales esfuerzos en los programas de mejora biotecnológica para la NUE se han dirigido, especialmente en especies de cultivo extensivo como los cereales, a optimizar los procesos implicados en la captación o asimilación del nitrógeno. Cambios en los genes transportadores de nitrato o amonio, que regulan su entrada en las células de la raíz y su transporte hacia la parte aérea de la planta, o en genes que reducen el N inorgánico y lo incorporan a moléculas orgánicas, han permitido aumentar la NUE en especies como arroz y trigo.
Una estrategia menos explorada, pero de un gran potencial biotecnológico, es la mejora de la partición, es decir, de la distribución de los aminoácidos hacia los órganos sumidero, de forma que maximice su transporte a los órganos cosechados. En este contexto, se enmarca la línea de investigación del Grupo de fisiología vegetal de la UPV, en la que se pretende caracterizar el proceso de transporte del nitrógeno hacia el fruto, empleando el tomate como especie modelo. Se trata de unos trabajos actualmente financiados por el Ministerio Ciencia, Innovación e Universidades a través de la Agencia Estatal de Investigación (PID2022) y por la Generalitat Valenciana (AICO2023), y que se desarrollan en colaboración con investigadores de instituciones públicas, tanto nacionales como internacionales. Planteamos el estudio de una serie de familias de permeasas, unos transportadores de aminoácidos que controlan su movimiento a través de las membranas celulares, y por lo tanto su movilidad a nivel de planta. Entender cómo se regulan, permitirá modular su funcionamiento y, por lo tanto, desarrollar nuevas variedades de tomate con una mayor producción de fruto de calidad en condiciones de cultivo de mínimos insumos de fertilizantes nitrogenados, en un contexto de cambio climático. Estos resultados servirán, a su vez, de base para la identificación de dianas similares en especies cercanas, como el pimiento o la berenjena, o en frutales, claves en la agricultura española y mediterránea. Esta línea de investigación se alinea con diversos Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) propuestos por la ONU como son el 2. Hambre cero, 6. Agua limpia y saneamiento, o el 12. Producción y consumo responsables.
