Un equipo de investigadores de la Estación Experimental de Aula Dei (EEAD-CSIC) ha demostrado que las raíces de las plantas secretan sustancias como la riboflavina (vitamina B2), que favorecen la absorción de hierro, un elemento esencial. La investigación se centra en utilizar mecanismos naturales desarrollados por las plantas para diseñar métodos de fertilización más sostenibles, en vez de aplicar los productos artificiales (químicos de síntesis) que se usan habitualmente.
Identificar las sustancias en cuestión requiere una instrumentación analítica avanzada, la de espectrometría de masas de alta resolución, que también se utiliza en estudios de toxicidad de drogas, enfermedades metabólicas, estudios de impacto ambiental y control de calidad de alimentos. El grupo de investigación es pionero en la aplicación de esta tecnología en Nutrición Vegetal, y ha formado profesionales especializados que hoy día aplican sus conocimientos en los sectores de instrumentación (empresa), biomedicina (Servicio del Centro de Investigaciones Biomédicas de Aragón- CIBA) e investigación (Universidad de Carolina del Norte en EEUU).
El problema del hierro en los en suelos calizos
Los suelos de Aragón son calizos, como muchos de la Península Ibérica y otras zonas del mundo (hasta un 30% de la superficie agrícola del mundo es caliza). El hierro es un metal muy abundante en la corteza terrestre, pero en los suelos calizos se presenta en formas químicas que no son asimilables para las plantas.
Es cierto que las necesidades de hierro de las plantas son pequeñas en comparación con otros nutrientes, por lo que es considerado como un micronutriente, pero el hierro tiene una enorme importancia, ya que es parte de cientos de proteínas y enzimas indispensables para la vida y tiene un papel en procesos biológicos fundamentales como son la respiración, la fotosíntesis y la replicación del ADN. La carencia de hierro (también llamada clorosis férrica) provoca hojas amarillas (cloróticas) y pérdidas del rendimiento y calidad de las cosechas.
Los agricultores que cultivan especies frutales en toda la cuenca mediterránea conocen bien esta situación, y cada año aplican fertilizantes con formas asimilables de hierro, ya sea al suelo o directamente a las hojas. Sin embargo, los productos más efectivos son artificiales, caros y poco biodegradables, y su futuro está comprometido por los riesgos medioambientales que podrían conllevar.
Cualquier metal puede ser absorbido por las plantas si está presente en el suelo, ya sea un metal esencial como el hierro (y también el manganeso y el cinc) o bien tóxico como el cadmio (también el mercurio, plomo, etc.). Para solucionar este problema, las plantas han desarrollado mecanismos, conocidos con el nombre de homeostasis, para mantener concentraciones óptimas de aquellos metales esenciales y minimizar la exposición a los tóxicos, a través del uso de pequeñas moléculas orgánicas y proteínas que permiten regular finamente tanto la toma de metales como su transporte y distribución.
Con estas armas, algunas plantas son capaces de sobrevivir en ambientes que inducen estrés por metales, mediante la secreción radicular de compuestos especializados en transformar las formas químicas en las que los metales se encuentran en el suelo. Cuando el estrés se debe a la escasez de formas asimilables de un metal esencial, las raíces producen sustancias que transforman formas no asimilables en asimilables, y la situación inversa se produce cuando el estrés está inducido por el exceso de formas metálicas asimilables.
De la teoría a la práctica
Javier Abadía y Ana Álvarez, los investigadores responsables del estudio, comentan que una mejor comprensión de la homeostasis de metales en las plantas nos ayudará a obtener una base científica para desarrollar aplicaciones biotecnológicas hacia métodos sostenibles de fertilización de metales, limpieza de áreas contaminadas con metales tóxicos y biofortificación de alimentos para el consumo humano.
Buscan inspiración en plantas bien adaptadas a ambientes de estrés metálico para innovar de forma sostenible, ya que uno de los retos de la agricultura moderna es controlar la nutrición de metales.
El equipo investigador apuesta por la transferencia a la sociedad de los conocimientos obtenidos en todos los proyectos en los que se ha implicado, como demuestran los 24 contratos tecnológicos que se han desarrollado en los últimos años con empresas del sector agrícola, principalmente sobre el uso de metales en nutrición vegetal: 8 con empresas españolas y 16 con empresas en el extranjero (de Suiza, Alemania, Japón y Polonia).
Además, el equipo que dirigen en la EEAD-CSIC tiene impacto sobre la sociedad, participando en la formación de profesionales altamente cualificados en la aplicación de herramientas analíticas de vanguardia para la identificación de metabolitos y proteínas.
La carencia de hierro es un problema en continuo crecimiento
La carencia de hierro en los cultivos ha aumentado en las últimas décadas, debido a que el incremento de la producción agrícola se ha basado en el uso combinado de variedades de alto rendimiento con prácticas intensivas de riego y fertilización con macronutrientes. Esta situación aumenta las necesidades de hierro asimilable, obligando a fertilizar con este metal en áreas en las antes no era necesario.
Por otra parte, el incesante crecimiento de la población mundial, que llegará e 10.000 millones de personas en el año 2050, plantea el desafío de proporcionar alimentos de manera justa, saludable y sostenible, y exigirá la explotación de tierras agrícolas marginales, que en muchos casos son pobres en formas de hierro asimilables. A esto se le añadirá el cambio climático previsto para las próximas décadas, que amenaza seriamente no sólo la producción agrícola sino también su calidad nutricional.
Así, recientes investigaciones han encontrado que las plantas cultivadas bajo los elevados niveles de dióxido de carbono que se esperan para mediados del siglo XXI tienen menores niveles de hierro, por lo que este hecho agravará la ya complicada situación actual, en la que casi el 25% de la población mundial está afectada por la carencia de hierro (anemia ferropénica).