¿Qué es un Nutriente Vegetal?

1. Un criterio estructural: El elemento es un componente integral de la fórmula química de sustancias vegetales, sin las cuales una célula no puede existir (por ejemplo, C, O, H, N, S);
2. Un criterio fisiológico: Demostración de que la planta, en buenas condiciones de crecimiento, no puede completar su ciclo vegetativo sin absorber ninguna forma del elemento en cuestión.

Aplicando el segundo criterio, Sachs en 1865 concluyó que los elementos K, Ca, Mg, Fe y P eran esenciales. Por mucho tiempo la lista de elementos esenciales se mantuvo en 10, pero creció entre 1920 y 1940, cuando Mn (1922), B (1923), Zn (1926), Cu (1931) y Mo (1938) se agregaron. Esta expansión fue resultado de la mejora de los métodos analíticos, las técnicas de cultivo y la ampliación de la investigación a especies con mayor requerimiento de nutrientes. En esa época se acuñaron términos como micronutrientes u oligoelementos, para describir a los nutrientes que sólo se necesitaban en cantidades muy pequeñas. Surgió la pregunta de cuáles de ellos eran indispensables para el crecimiento. Motivados por ese propósito, Arnon y Stout (1939) postularon que un nutriente vegetal puede considerarse esencial sólo si:

1. “una deficiencia de este imposibilita que la planta complete la etapa vegetativa o reproductiva de su ciclo vital;
2. dicha deficiencia es específica del elemento en cuestión y sólo puede prevenirse o corregirse suministrando este elemento; y
3. el elemento interviene directamente en la nutrición de la planta, independientemente de sus posibles efectos en la corrección de alguna condición microbiológica o química desfavorable del suelo u otro medio de cultivo”.

Los autores conscientes de las limitaciones de su definición afirmaron que cada elemento de la tabla periódica puede ser esencial para las plantas. Arnon en 1952 propuso que, en lugar de medir el efecto de la eliminación de un nutriente del medio, un enfoque alternativo podría ser identificar un constituyente celular esencial o una reacción bioquímica en la que participa el elemento. Un concepto más integrado de esencialidad se basaría en la contribución combinada de los estudios fisiológicos del crecimiento y bioquímicos de las funciones. Por lo tanto, el último criterio fue reformulado como “…se debe identificar su función o al menos su efecto directo sobre el metabolismo de la planta”.

Establecer un requerimiento de elementos menores en el metabolismo de las plantas se convirtió en un enfoque de moda. Influenciado por esta evolución, pero también por la conclusión de que el segundo criterio de Arnon y Stout puede ser demasiado rígido, surgió el término nutriente funcional (o nutriente del metabolismo) en contraste con nutriente esencial, para incluir cualquier elemento mineral que funcione en las plantas, independientemente de si su acción es específica o indispensable. Con el tiempo, siguiendo la noción "funcional", muchos otros han revisado periódicamente la evidencia de aquellos elementos que claramente no fallan o no pasan los criterios de esencialidad de Arnon y Stout. Sin embargo, después de que se admitiera el Cl en 1954, solo se añadió un nuevo elemento a la lista de elementos esenciales, el Ni, en 1987.

A principios de la década de 1980´s, el término “elementos benéficos” se volvió popular para incluir elementos que estimulan el crecimiento o la salud de las plantas, pero hasta ahora no se ha demostrado que cumplan con los criterios de esencialidad. Comparado con “funcional”, “benéfico” es quizás más significativo en el sentido de que implica utilidad o importancia de algún tipo, pero no necesariamente esencialidad, mientras que los elementos esenciales son funcionales.

La definición de elementos minerales “esenciales” y “benéficos” apenas ha cambiado. El libro de texto líder en nutrición vegetal, “Mineral Nutrition of Higher Plants” de Marschner, especifica que, para que un elemento se considere esencial, deben cumplirse tres criterios:

1. Una planta determinada no debe poder completar su ciclo de vida en ausencia del elemento.
2. La función del elemento no debe ser reemplazable por otro elemento.
3. El elemento debe estar directamente involucrado en el metabolismo de la planta (como componente de un constituyente esencial de la planta), o debe ser necesario para un paso metabólico distinto, como una reacción enzimática.

Esta situación tiene consecuencias extrañas. Por ejemplo, aunque se han publicado evidencias sobre los efectos benéficos del Si sobre el crecimiento y el desarrollo de las plantas, y sobre el estrés abiótico y biótico, ningún organismo todavía reconoce que sea necesario para las plantas. Fue hasta 2004 que el Ministerio de Agricultura de Brasil, dictaminó que el Si es un micronutriente esencial. En Estados Unidos, la Association of American Plant Food Control Officials (AAPFCO) se esfuerza por lograr al menos cierta uniformidad y consenso entre los programas regulatorios de fertilizantes de Estados Unidos y Canadá. La AAPFCO se adhiere a la definición de Arnon y Stout de esencialidad de nutrientes.

Algunas deficiencias específicas de la definición actual de nutriente vegetal

El primer criterio en la definición: “una determinada planta debe ser incapaz de completar su ciclo de vida en ausencia del elemento”, sugeriría que la capacidad de eliminar un nutriente vegetal del entorno experimental como para alterar el ciclo de vida de la planta, es el requisito previo para el establecimiento de su esencialidad. Este criterio sugiere que la esencialidad es una cuestión de capacidades tecnológicas y no de función biológica. Según esta norma, elementos esenciales identificados recientemente (B, Mo, Cl, Ni), que se sabía que eran biológicamente importantes, se clasificaron como "no esenciales" antes de desarrollar técnicas para eliminar los contaminantes de estos elementos del entorno de crecimiento. Para elementos, como el I, incluso sería necesaria una purificación del aire para excluir la presencia de formas volátiles del elemento, una técnica que aún no se ha implementado en las investigaciones actuales.

Una segunda deficiencia es que ignora las realidades de la producción agrícola. Para algunas especies, finalizar el ciclo de vida no tiene significado económico (hortalizas de hoja o plantas ornamentales). En cambio, la velocidad de crecimiento, la tolerancia al estrés, la capacidad de crecer en condiciones específicas o la producción de productos de calidad son esenciales para la viabilidad económica. Sugerir que un elemento no es un “nutriente vegetal” desde una perspectiva regulatoria y comercial a menos que se complete el ciclo de vida, incluso en presencia de evidencia de su función biológica e importancia económica, limita la productividad e innovación. No obstante, Arnon y Stout definieron originalmente su primer criterio como “una deficiencia de este hace imposible que la planta complete la etapa vegetativa o reproductiva de su ciclo de vida”, aunque más tarde esto se redujo a solo "ciclo de vida" en su conjunto.

El Si es un elemento esencial para varias especies, pero no se ha demostrado que cumpla el primer criterio de esencialidad. No obstante, desempeña un papel importante en la resistencia de las plantas al estrés biótico (patógenos, herbívoros) y abiótico (salinidad, sequía, metales pesados). También tiene efectos en el crecimiento, la fotosíntesis, las actividades enzimáticas y el transporte de iones y agua en condiciones de estrés. Se puede argumentar que las condiciones sin estrés no existen para los cultivos en campo.

Ampliando el alcance

La redefinición de lo que es un “nutriente vegetal” deberá incluir una consideración del papel que los nutrientes desempeñan en el medio ambiente para mejorar la productividad, incluso cuando ese elemento no es esencial y no tiene un papel específico en un proceso metabólico. El establecimiento de los nutrientes esenciales se ha logrado en gran medida mediante el cultivo de plantas en condiciones de cultivo y experimentales muy controlados. Este enfoque está separado de la realidad de la producción agrícola o los entornos naturales en los que el estrés ambiental, las interacciones de los nutrientes y el microbioma afectan el rendimiento de las plantas.

En la época de Arnon y Stout se sabía poco sobre el papel del microbioma vegetal en la productividad de las plantas y su adaptación al estrés, pero ahora se sabe que confiere ventajas a la planta huésped (promoción del crecimiento, absorción de nutrientes, tolerancia al estrés y resistencia a patógenos). Por lo anterior, se podría plantear que un nutriente "esencial para el microbioma" también sería fundamental para la productividad de las plantas, especialmente en condiciones de estrés. Los elementos que son esenciales para la función del microbioma, como el Co en el rizobio, pueden a su vez influir en la actividad del microbioma de las plantas y, por tanto, en la productividad de los cultivos. Estos efectos no se observarían fácilmente en las condiciones de cultivo artificial empleadas en los estudios de esencialidad. Los elementos de interés que se sabe que tienen una función biológica en una variedad de organismos son: Br (bromo), formando parte de más de 3200 organohalógenos de varias especies y esencial para el desarrollo de tejidos y la arquitectura de membranas en animales; Co, tiene una amplia gama de funciones en sistemas microbianos y animales; El Se es esencial para las bacterias, los animales y algunas plantas, además de ser benéfico para el crecimiento de las plantas; I y Si se describió anteriormente; V (vanadio), tiene funciones en varias bacterias fijadoras de N y peroxidasas de muchos grupos taxonómicos.

Otra consideración sobre lo qué es un nutriente vegetal podría relacionarse con la pregunta de si lo definimos como un elemento inorgánico o una molécula simple. En biología animal y humana, la definición de "nutriente" es más inclusiva que en nutrición vegetal. La definición utilizada es “sustancia necesaria para un crecimiento, desarrollo y funcionamiento saludables”. La definición incluye sustancias nutritivas requeridas por los organismos que no puede sintetizar (proteínas, aminoácidos, grasas, vitaminas, minerales, carbohidratos, etc.). En la nutrición vegetal clásica, el término "nutrientes vegetales" se refiere a los elementos esenciales conocidos, ya sea en su estado elemental o su forma iónica (nitrato, fosfato, sulfato); mientras que "nutriente benéfico" se usa para describir elementos que tienen un efecto positivo en el crecimiento, desarrollo y funcionamiento saludable de la planta. Sin embargo, un elemento central de la definición de “nutriente vegetal” es que se requiere para completar el ciclo de vida; lo cual difiere de la definición que se utiliza en la nutrición animal o humana, que no especifica que el organismo no puede sobrevivir en ausencia del nutriente, sólo que no será "saludable".

Replantear la definición de “nutriente vegetal” permitirá a los reguladores considerar a los elementos benéficos como componentes legítimos de los fertilizantes, fomentando una mayor investigación para optimizar el rendimiento y estrategias de producción orientadas a la calidad en diferentes especies y entornos. Nada de esto menoscabaría los principios de Arnon y Stout, pero se debe aplicar rigor para evitar afirmaciones no comprobadas; por lo que es importante que los nutrientes benéficos deban satisfacer criterios claros y una demostración. También ayudará a futuros descubrimientos de elementos e incluye la posibilidad de que un nutriente vegetal pueda tener especificidad ambiental y/o vegetal, como el Al³⁺ para el té en suelos ácidos, Co o V para la fijación asociativa de N, o Si o Se en condiciones de estrés.

Otro resultado clave sería una definición precisa de la evidencia experimental moderna necesaria para clasificar un elemento como nutriente vegetal. Se debe poner énfasis en las pruebas que se deben realizar para los elementos benéficos, pero también en las de los elementos esenciales. Por ejemplo, durante mucho tiempo se ha considerado que el Na y el Si deben clasificarse como nutrientes esenciales, ya que la esencialidad ha sido establecida en algunas especies de plantas. La comunidad científica debe elaborar un protocolo de las pruebas necesarias a realizar en laboratorio, campo y entornos naturales, basado en las más avanzadas metodologías y técnicas. Las pruebas podrían incluir, además de la respuesta fenotípica a la adición o eliminación del nutriente, la regulación de la expresión genética y las respuestas postraduccionales en el proteoma, o cambios en la actividad enzimática para explicar las respuestas fenotípicas.

Es necesario otorgar a un organismo mundial, independiente de científicos, el mandato de revisar periódicamente la nueva evidencia, actualizar la lista de nutrientes esenciales y benéficos; para guiar a los formuladores de políticas y a la industria en la toma de decisiones correctas para mejorar la nutrición vegetal. La Asociación Internacional de Fertilizantes (IFA) podría actuar como una importante parte interesada y facilitadora de una plataforma para implementar los resultados de estas discusiones. Repensar la definición de nutrientes vegetales conduciría a varios resultados positivos:

• Se incentivará a los científicos a seguir buscando nuevos nutrientes y estudiar sus funciones e interacciones con la productividad y eficiencia de las plantas.
• La industria de fertilizantes tendrá mayores oportunidades de diferenciación de productos, investigación colaborativa e innovación empresarial.
• Los agricultores tendrán la libertad de explorar más a fondo la visión holística de la “nutrición vegetal”, que incluye funciones integradas de los nutrientes en la tolerancia al estrés, la eficiencia del uso de los recursos, la calidad de los cultivos y la sostenibilidad del sistema.
• Los consumidores se beneficiarán de una mayor productividad y alimentos más nutritivos.
• Los reguladores y las agencias gubernamentales lograrán una interpretación más matizada, integradora, adaptable y moderna de lo que es un nutriente vegetal.

Cita correcta de este articulo

INTAGRI. 2024. ¿Qué es un Nutriente Vegetal? Serie Nutrición Vegetal. Num. 157. Artículos técnicos de INTAGRI. Mexico. 9 p.

Literatura consultada

Brown, P. H.; Zhao, FJ.; Dobermann, A. (2022). What is a plant nutrient? Changing deinitions to advance science and innovation in plant nutrition. Plant and Soil 476, 11-23 p. https://doi.org/10.1007/s11104-021-05171-w