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Refinamiento en la química del nitrógeno del suelo


Haz un viaje por el suelo debajo de un campo de cultivos. No encontrarás solo tierra, agua y bichos. También encontrarás reacciones que te recuerdan al laboratorio de química de la escuela secundaria.



Muchos investigadores estudian las reacciones de elementos y compuestos en el suelo, especialmente porque algunas plantas, como el nitrógeno, son requeridas por las plantas para crecer. El nitrógeno se agrega a menudo al suelo como fertilizante. Sin embargo, no todo el nitrógeno agregado es utilizable por las plantas.

Mano enguantada recogiendo gránulos amarillos de urea tratada de un cubo azul
Gránulos de urea tratados con polímeros de ácido maleico-itacónico (MIP) Nutrisphere-N. Foto de Darin Lickfeld.

El compuesto de urea es actualmente el fertilizante nitrogenado para suelos más popular. Es una forma de obtener las plantas del nitrógeno que necesitan para crecer. Aunque el nitrógeno en la urea no es directamente utilizable por las plantas, una vez que la urea está en el suelo, sufre una reacción química que produce amonio, un compuesto rico en nitrógeno que, por lo tanto, está disponible para la nutrición de las plantas. El catalizador responsable de esta reacción es una enzima llamada ureasa. Esta enzima es producida por microorganismos en el suelo.

Hay solo un problema con la ureasa: ¡funciona muy bien!

«Las reacciones que sufre la urea son demasiado rápidas, debido a la acción de la ureasa», dice Stefano Ciurli. Ciurli es profesor de química en el Departamento de Farmacia y Biotecnología de la Universidad de Bolonia, Italia. «Urease acelera la formación de compuestos que contienen nitrógeno que se disipan rápidamente en el medio ambiente en lugar de ser absorbidos por las plantas».

Controlar qué tan rápido la ureasa acelera el proceso es importante para ayudar a las plantas a obtener la mayor cantidad de nitrógeno posible. Esto generalmente se hace modificando el fertilizante de urea para disminuir la actividad de la ureasa. Ciurli y su equipo estudian estas técnicas. Buscaron probar si el recubrimiento de los gránulos de fertilizante de urea con un compuesto específico (polímeros maleico-itacónicos (MIP)) ayudaría con esto. Estudios anteriores habían argumentado que no tenía ningún efecto.

Lo que encontraron fue que, en algunos niveles de acidez del suelo, su compuesto era bueno para desacelerar la ureasa. Descubrieron que su compuesto se comparaba bien con otro utilizado para este fin, la triamida N- (n-butil) -ofosfórica (NBPT). Sin embargo, se ha demostrado que este segundo compuesto tiene algunos efectos negativos en los cultivos además de incorporarse en plantas y organismos del suelo.

Los resultados de la investigación sugieren que los agricultores pueden tener una opción, dependiendo de la acidez de su suelo.

Vista cercana de tallos de dos hileras de maíz.  La fila izquierda es verde oscuro, la fila derecha es verde claro con franjas blancas a través de las hojas.
Comparación de plantas de maíz fertilizadas con gránulos de urea recubiertos con polímeros de ácido maleico-itacónico (MIP) Nutrisphere-N (izquierda) con plantas fertilizadas con gránulos de urea no recubiertos. Crédito de la foto Darin Lickfeld.

«Para los agricultores que ya usan el compuesto que probamos, este estudio les dice por qué el químico es efectivo», dice Ciurli. «Aquellos que han sido desalentados de usarlo porque no creían que funcionara ahora pueden explorar los beneficios de la misma en comparación con otros productos químicos disponibles en el mercado».

¿Qué impide que las plantas puedan absorber la urea en primer lugar? ¿Qué hace que un nutriente no esté disponible para la planta?

«Las plantas solo pueden absorber nutrientes a través de sus raíces si el químico es soluble en el agua contenida en el suelo», explica Ciurli. “Las plantas no tienen dientes para masticar el suelo; solo tienen raíces que pueden absorber casi de forma pasiva lo que «les llega».

En el suelo, puede haber muchas formas de nitrógeno. Algunos son gases y se pierden fácilmente en el aire. Otros en el suelo pueden ser «pegajosos» o no pegajosos. Los que no son pegajosos, como los nitratos, son absorbidos fácilmente por las plantas, pero también son arrastrados fácilmente por el suelo a ríos y lagos. Su abundancia allí puede llevar a floraciones de algas y zonas muertas.

Ciurli dice que uno de los próximos pasos en su investigación es llevar a cabo estudios similares en el suelo, ya que este estudio se realizó en el laboratorio.

El trabajo tiene implicaciones tanto para las plantas como para la otra pasión de Ciurli, los productos farmacéuticos para objetivos biológicos basados ​​en metales.

«El conocimiento de cómo funciona la ureasa, a nivel molecular / atómico, es un primer paso para desarrollar inhibidores de la ureasa para aplicaciones agrícolas y también para problemas médicos», dice. “Urease es el factor clave de virulencia para una serie de microorganismos que causan resistencia a los antibióticos, cáncer, tuberculosis, plagas y enfermedades cerebrales. «Conocer la química de esta enzima contribuirá a la batalla de la raza humana por su supervivencia en este planeta».

Lea más sobre esta investigación en el Soil Science Society of America Journal.


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