El sistema biodegradable mantuvo activa una enzima esencial para la fijación biológica, pero todavía debe demostrar su eficacia con cultivos y suelos en condiciones de campo
Redactor: Camila Herrera R.
Editor: Karem Díaz S.
Investigadores de la Universidad Estatal de Dakota del Sur, en Estados Unidos, desarrollaron microesferas biodegradables de hidrogel que protegen bacterias fijadoras de nitrógeno frente al oxígeno. El ensayo de laboratorio plantea una posible vía para suministrar este nutriente a cultivos como el maíz y el trigo con una menor dependencia de fertilizantes sintéticos.
El trabajo, publicado en la revista científica Plant and Soil, reproduce dentro de pequeñas cápsulas las condiciones que permiten funcionar a la nitrogenasa. Esta enzima es utilizada por determinados microorganismos para convertir el nitrógeno atmosférico en amoníaco, una forma que puede incorporarse posteriormente a la nutrición vegetal.
El maíz de Oaxaca y la soja inspiraron el diseño
El equipo tomó como referencia dos mecanismos presentes en la naturaleza. El primero corresponde a una variedad tradicional de maíz de las tierras altas de Oaxaca, México, cuyas raíces aéreas producen un mucílago que alberga bacterias fijadoras de nitrógeno en un ambiente con poco oxígeno.
Esta variedad mexicana fue observada inicialmente durante la década de 1980. Investigaciones posteriores determinaron que el mucílago de sus raíces aéreas sostiene una comunidad de bacterias beneficiosas capaz de aportar una parte del nitrógeno utilizado por la planta.
La segunda referencia fueron los nódulos radiculares de la soja y otras leguminosas. Dentro de estas estructuras, la planta mantiene una asociación con microorganismos fijadores y regula el oxígeno para evitar que interfiera con la actividad de la nitrogenasa.
Los nódulos funcionan como espacios especializados para la simbiosis, pero los cereales no los forman naturalmente. Estudios sobre la regulación de los nódulos en las leguminosas muestran que su desarrollo requiere una coordinación precisa entre el estado nutricional de la planta, las bacterias y las condiciones del suelo.
El hidrogel crea un ambiente con poco oxígeno
Los científicos utilizaron alginato, un polímero natural derivado de algas y empleado en sectores como el envasado de alimentos, los apósitos médicos y la liberación gradual de medicamentos. Al depositar una solución de alginato en un baño con sales metálicas y bacterias, el material se entrecruza y forma pequeñas esferas de consistencia gelatinosa.
Estas cápsulas no fueron concebidas únicamente como vehículos para transportar microorganismos. Su función principal consiste en regular el ingreso de oxígeno y crear un microambiente donde la nitrogenasa pueda permanecer activa mientras las bacterias continúan vivas.
El equipo evaluó formulaciones elaboradas con calcio, estroncio, zinc, níquel, cobre y aluminio. También incorporó dos especies de bacterias fijadoras de nitrógeno: Azospirillum brasilense y Herbaspirillum seropedicae.
Las microesferas de calcio lograron el mejor desempeño
Las cápsulas formadas con calcio presentaron las concentraciones de oxígeno más bajas entre las formulaciones analizadas. Encapsularon más del 70 % de las bacterias incorporadas y mantuvieron los microorganismos vivos durante más tiempo que los hidrogeles elaborados con los otros metales.
La actividad de la nitrogenasa dentro de las esferas de calcio fue comparable con la observada en bacterias cultivadas bajo condiciones de laboratorio diseñadas específicamente para favorecer la fijación de nitrógeno. El resultado constituye una prueba de concepto de que el hidrogel puede recrear parte del ambiente protector de un nódulo radicular.
El comportamiento varió cuando los investigadores añadieron glucosa como fuente de energía. En H. seropedicae, el azúcar elevó significativamente la actividad de la nitrogenasa y llegó a multiplicarla por más de dos en algunos tratamientos. En A. brasilense, por el contrario, la actividad disminuyó.
Esta diferencia indica que una misma formulación no necesariamente funcionará con todas las bacterias fijadoras. La selección de la cepa, la fuente de carbono, la concentración de oxígeno y la composición del hidrogel deberán ajustarse antes de diseñar una aplicación agrícola.
Las cápsulas se degradaron durante 120 días
Las microesferas se descompusieron gradualmente en el suelo durante aproximadamente 120 días. Esta propiedad evitaría la acumulación permanente del material y permitiría sincronizar la liberación de los microorganismos con una parte importante del ciclo del cultivo.
El estudio no demuestra todavía que las cápsulas puedan reemplazar una dosis determinada de fertilizante ni que aumenten el rendimiento del maíz. Los experimentos comprobaron la supervivencia bacteriana y la actividad enzimática, pero los próximos ensayos deberán medir la fijación de nitrógeno en suelos reales y la cantidad que llega efectivamente a las raíces.
La investigación se suma a otras estrategias destinadas a utilizar microorganismos como fuente complementaria del nutriente. Entre ellas se encuentran las bacterias del suelo modificadas para aportar nitrógeno al maíz y los trabajos que buscan trasladar genes de fijación hacia nuevas cepas bacterianas.
Una alternativa potencial frente al costo de los fertilizantes
El nitrógeno es indispensable para formar proteínas, ácidos nucleicos y otros componentes de las plantas. Aunque constituye el gas más abundante de la atmósfera, los cultivos no pueden utilizarlo directamente y dependen del nitrógeno mineral presente en el suelo, de la fijación biológica o de los fertilizantes aplicados por los productores.
Las variaciones en los precios de la energía, las materias primas y el transporte mantienen elevados los costos de fertilización. Por este motivo, las tecnologías biológicas despiertan interés como complemento del manejo convencional, especialmente si logran aportar cantidades predecibles sin comprometer el rendimiento.
Los resultados obtenidos con bacterias fijadoras aplicadas a cultivos de leguminosas también muestran que la eficacia puede variar entre años, cepas y formas de aplicación. Esa variabilidad deberá considerarse al trasladar las microesferas desde el laboratorio hasta los campos de maíz o trigo.
Las pruebas futuras deberán evaluar la estabilidad de las cápsulas bajo diferentes temperaturas y niveles de humedad, su interacción con los microorganismos del suelo, el suministro real de nitrógeno y su costo de fabricación. Hasta disponer de esos resultados, la tecnología representa una plataforma experimental y no un sustituto comercial de la fertilización nitrogenada.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Plant and Soil
