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La nutrición amoniacal podría aumentar la concentración de antioxidantes y anticancerígenos

El aporte de nitrógeno amoniacal aumenta la síntesis de compuestos anticancerígenos en el brócoli

Nina Jareño11/04/2017

En la búsqueda de estrategias de fertilización menos contaminantes, un estudio de la UPV/EHU ha analizado el uso de fertilizantes de base amoniacal, menos utilizados para la fertilización que el nitrato, por el menor crecimiento que presentan las plantas. La comparativa del conjunto de proteínas generadas por una planta modelo crecida con estas dos fuentes de nitrógeno ha puesto de manifiesto una mayor cantidad de glucosinolatos en el caso de nutrición amoniacal. Esto otorga a las plantas una capacidad insecticida mayor, y nutricionalmente resulta muy interesante por ser sustancias anticancerígenas.

Las plantas necesitan nitrógeno para su crecimiento, y la agricultura intensiva requiere del aporte de compuestos nitrogenados. La fertilización clásica, basada en nitrato, es causante de grandes problemas ambientales, como la contaminación de aguas superficiales y subterráneas por la lixiviación del nitrato o la emisión de gases de efecto invernadero, por efecto de los microorganismos del suelo que utilizan ese nitrato y que producen óxido nitroso, un importante gas de efecto invernadero.

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“La actividad investigadora del grupo de investigación NUMAPS (Nutrition Management in Plant and Soil) del Laboratorio de Fisiología Vegetal de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) está centrado principalmente en el estudio de la fertilización nitrogenada con el objetivo de reducir el impacto que ésta tiene sobre el medio ambiente, siempre manteniendo la calidad y producción de los cultivos. De hecho, la agricultura del futuro en sistemas altamente productivos debe avanzar hacia la neutralidad nitrogenada, nuevo concepto que refuerza la necesidad de reducir las pérdidas al medio de nitrógeno reactivo (nitrato, amoniaco, óxidos de nitrógeno) procedente de los cultivos agrícolas”, explica Daniel Marino, investigador del grupo de investigación NUMAPS de la UPV/EHU que ha llevado a cabo este estudio en colaboración con el Dr. Pedro Aparicio-Tejo de la Universidad Pública de Navarra.

“Una de las estrategias para acercarse a ese objetico es mantener el nitrógeno (N) estable en suelo durante más tiempo mediante el uso de fertilizantes de base amoniacal estabilizados junto con inhibidores de la nitrificación. Así, al contrario que el nitrato (NO3-), que al ser un ion con carga negativa se puede pierde por lixiviación, el amonio (NH4+), al estar cargado positivamente, se mantiene en el suelo adsorbido a las arcillas que están cargadas negativamente. En este contexto global, el estudio parte de la necesidad de entender mejor la fisiología de las plantas cuando se fertilizan exclusivamente con amonio”.

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Daniel Marino, investigador del grupo de investigación NUMAPS de la UPV/EHU. Foto: Nate Steiner.

El nitrógeno es un elemento “esencial tanto para las plantas como para cualquier ser vivo" ya que es "fundamental para la síntesis de biomoléculas como las proteínas o los ácidos nucleicos (ADN y ARN)". En el caso de la agricultura, "con las cosechas sucesivas los suelos se van empobreciendo en N y por tanto es necesario suplementar el suelo con N extra, normalmente en forma de fertilizante inorgánico (urea, nitrato o amonio) o como fertilizante orgánico, por ejemplo abono verde o purines que en el suelo tiene que ser mineralizados hasta formas inorgánicas de N. De hecho, la manera más habitual en que las plantas toman el nitrógeno del suelo es en forma inorgánica, como nitrato o amonio. Este N, una vez en el interior de la planta, es asimilado formando aminoácidos que después serán utilizados para la síntesis de proteínas”, señala el investigador.

El amonio tiene una particularidad: “Puede ser tóxico para las plantas y generar un crecimiento menor que el nitrato. En nuestro grupo nos dedicamos a estudiar la tolerancia y sensibilidad de diferentes plantas a esta fuente de nitrógeno”. Si bien es cierto que se cree que se utilizan menos fertilizances de base amoniacal que nitrato, el investigador indica que “en realidad no es que se utilicen menos, sino que su aplicación sin ir combinada junto con inhibidores de la nitrificación hace que una vez en el suelo el amonio se convierta muy rápidamente a nitrato y por lo tanto es similar a la nutrición nítrica. El menor uso de los fertilizantes combinados con inhibidores de la nitrificación es básicamente su mayor coste económico”.

Buscando profundizar más en este tema, procedieron a estudiar el proteoma de una planta modelo, la Arabidopsis thaliana. “Sin fijar la atención en ninguna proteína en particular, decidimos ver qué diferencias presentaba esta planta en el conjunto de las proteínas sintetizadas, al fertilizarla con nutrición amoniacal o nítrica”, comenta Daniel Marino.

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“La fertilización amoniacal combinada junto con los inhibidores de la nitrificación tiene varias ventajas. La principal está relacionada con la reducción de las pérdidas de N y el mantenimiento del N en el suelo durante más tiempo. Este hecho conlleva una ventaja medioambiental ya que se reducen las pérdidas de nitrato por lixiviación, que dan lugar a la contaminación de las aguas subterráneas y a la aparición de fenómenos de eutrofización, y se reducen las emisiones de gases nitrogenados como el óxido nitroso (N2O), gas con gran potencial de efecto invernadero, cerca de trescientas veces superior al CO2, cuya emisión se estima en torno al 1% del N total aplicado. Del mismo modo, el hecho de reducir las pérdidas de N y aumentar la estabilidad del N en el suelo permite reducir el N total que se ha de aplicar, así como el número de aplicaciones de fertilizante”.

Por otra parte, la fertilización amoniacal puede tener ventajas en la calidad de los cultivos. “Por ejemplo, se ha observado una reducción en el contenido de nitrato en hoja, cuyo control es fundamental en plantas hortícolas de consumo foliar como la espinaca o la lechuga”. Finalmente la nutrición amoniacal “puede favorecer un aumento del contenido en proteína total del producto final, así como la modificación de otros compuestos, cómo el que se aquí se menciona en relación a compuestos anticancerígenos que suponen un aumento en la calidad nutricional del cultivo”.

Mismos resultados en plantas comestibles

Al estudiar el tipo y la cantidad de proteínas acumuladas en las plantas con cada tipo de nutrición, “lo que más interesante nos pareció es que había algunas proteínas relacionadas con el metabolismo de los glucosinolatos que se acumularon en mayor cantidad en las plantas a las que se aportó amonio”, recalca el investigador.

Los glucosinolatos, en general, tienen dos propiedades: son insecticidas naturales, y concretamente, uno de ellos, la glucorafanina, tiene propiedades anticancerígenas. Se trata de “una familia de compuestos muy diversa, ya que se conocen más de 140 compuestos diferentes. Son compuestos casi exclusivos de la familia de las crucíferas, familia a la que pertenecen, la col, el brócoli, la rúcula, la colza, el rábano, etc. La función principal de los glucosinolatos en la planta es la de actuar como insecticidas naturales, ya que cuando un insecto herbívoro se come las hojas de las plantas los glucosinolatos se degradan, siendo sus productos de degradación (nitrilos, isotiocianatos, etc.) tóxicos para los insectos. A parte de su función para las plantas, diversos estudios han observado que el consumo de vegetales ricos en glucosinolatos representa un beneficio nutricional. Más concretamente, la glucorafanina, uno de los glucosinolatos que se acumularon en nuestras plantas bajo nutrición amoniacal, limita el desarrollo de las células tumorales, entre otros mediante la protección de la oxidación del ADN”.

Dado que los experimentos se habían realizado en la planta Arabidopsis thaliana, una planta modelo muy utilizada en investigación pero que carece de interés comercial, pensaron a repetirlos pero esta vez en plantas de brócoli. "Aunque no llegamos a estudiar el contenido de glucosinolatos en la parte del brócoli de mayor interés alimentario —la flor—, vimos que en las hojas de plantas jóvenes se acumulaba mayor cantidad de glucorafanina cuando aportamos la fuente de nitrógeno mediante amonio que cuando lo hicimos mediante nitrato”, señala Marino.

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Vistos estos resultados, el grupo de investigación sigue trabajando en este aspecto, e incluso han iniciado contactos con algunas empresas que pudieran estar interesadas en ellos. Así, para ahondar en su posible aplicación comercial “realizaremos experimentos en campo, donde el sistema es mucho más complejo, debido, entre otros, a los microorganismos del suelo que también utilizan el amonio como fuente de nitrógeno. Así, en los experimentos de campo nos interesaremos también en analizar el contenido de glucosinolatos en la inflorescencia del brócoli, la parte de la planta que más se consume. Por otra parte, desde un punto de vista más fundamental, también nos interesa saber el efecto que los glucosinolatos puedan tener en la tolerancia de la propia planta al amonio”, declara.

Reducción de fitosanitarios

La reducción del uso de fitosanitarios es un tema recurrente en la agricultura por las malas praxis que se han seguido en los últimos años: “El uso racional de los fitosanitarios es fundamental para lograr el objetivo de reducir el impacto que la agricultura intensiva tiene sobre el medio ambiente. Sin embargo, es importante que este uso no perjudique ni la producción ni la calidad de los cultivos. Sí que es cierto que ha habido una tendencia al uso excesivo de determinados fitosanitarios, pero hoy en día los agricultores son cada vez más conscientes de la importancia de su uso racional”.

Por otro lado, la investigación e innovación en este ámbito “ayudará a la reducción del impacto de los fitosanitarios mediante el continuo desarrollo de nuevos compuestos menos contaminantes, la selección de variedades o cultivares que precisen de un menor aporte de fitosanitarios y el descubrimiento de nuevas formas de mejorar las producciones agrícolas sin coste medioambiental”, concluye Marino.

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