Los agrólogos de la RUDN han visualizado como las plantas reciben el fósforo del suelo

El fósforo es necesario para la mayoría de los procesos de cambio en las plantas, puesto que los microorganismos lo incluyen en los compuestos orgánicos. Sin embargo, no siempre lo pueden obtener del suelo, ya que forma complejos no disolubles, por ejemplo, con aluminio, hierro y calcio. La falta de este elemento reduce la fertilidad, además, los fertilizantes minerales y orgánicos con fósforo pueden ser costosos y afectar el medio ambiente.

El agrólogo de la RUDN Yakov Kuzyakov, el jefe del Centro Universitario de Modelación matemática y Pronóstico de ecosistemas estables, por primera vez  ha podido observar como las plantas se adaptan a la falta o ausencia de fósforo en el suelo.

Los investigadores experimentaron con el lupino blanco, la planta que se desarrolla en la simbiosis con otros rizobios que la ayudan a adquirir los nutrientes. Los científicos germinaron las semillas de lupino en rhizoboxes, contenedores con roca caliza de loess seca y mezclada con la arena. Los rhizoboxes se dividieron en tres tipos: sin fósforo, con la inclusión de fitato de sodio (una de las formas importantes de fósforo en el estiércol), con la inclusión de fosfato monocálcico.

El agrólogo controló el estado de raíces de las plantas en cada contenedor mediante zimografía, un método electroquímico de investigación de la actividad de fermentos. Este método fue imprescindible para poder visualizar la actividad de fosfatasas ácidas y alcalinas, los fermentos de plantas que desintegran ácido fosfórico y ayudan a las plantas a obtener el fósforo. Su actividad depende del desarrollo de las plantas y de su interacción con los microrganismos simbiontes, asimismo, de la acidez del suelo. Si el suelo es ácido empieza a funcionar la fosfatasa ácida, la fosfatasa alcalina “entra en el juego” con la acidez baja. En cada rhizobox se encontraba un sensor de fibra óptica de acidez del suelo para poder observar como el nivel de accesibilidad de fósforo influye en este factor. 

Las mediciones se realizaron en los 11 y 24 días, es decir, antes y después de que se formara el sistema de raíces desarrollado. Antes de la formación de las ramas alrededor de la raíz central en el contenedor con el contenido bajo de fósforo, la actividad de la fostasa ácida fue elevada; la rizosfera, zona de crecimiento de las raíces, fue extendida y la acidez del suelo en ella fue aumentada. Esto fue porque en las condiciones de la ausencia de fósforo las raíces de la planta empezaron a exudar iones de hidrógeno (protones), lo que elevaba la acidez del suelo. A su vez, el aumento de la acidez favorecía al funcionamiento de las fosfatasas ácidas que liberan el fósforo. Lo que no afectaba el funcionamiento de fosfatasas alcalinas.

Después de la apariencia del sistema de raíces ramificado, la zona donde se notaba la presencia de fermentos se aumentó. A raíz de ello, se aumentó el volumen del suelo de donde la planta intentaba obtener el fósforo. Por lo tanto el lupino ya no tenía que secretar tantos protones y la acidez del suelo era mediana. Como el resultado, la actividad de la fosfatasa ácida y alcalina se puso aproxiamadamente igual. De esta forma, en el primer rhizobox, con condiciones de falta de fósforo, el lupino “invirtió” su energía no en el crecimiento de los tallos sobre el suelo, sino en el crecimiento de las raíces  que aseguraban una amplia actividad de los fermentos al día 24.

En el segundo rhizobox, que incluía el fitato de sodio, antes de la formación de nuevas raíces se observaba la actividad de fosfatasas disminuida y zona de rizosfera menor. El hecho es que, en estas condiciones los fitatos se convertían en el fósforo. Por lo tanto las raíces exudaban menos protones y la acidez no era tan alta. Aproximadamente la misma situación se observó en el tercer rhizobox, el que incluía fosfato monocálcico. No obstante, el nivel de la actividad enzimática, tanto ácida, como alcalina, en la rizosfera del tercer ejemplo fue más alta al día 24 que en las otras. Esto se debe a que la cantidad suficiente de fósforo estimula el crecimiento de las plantas y exudación del carbono en el suelo. Por lo tanto, hay más productos que las raíces secretan en la rizosfera mediante la inclusión del fosfato monocálcico, y ayudan al crecimiento de los microorganismos del suelo y a la síntesis de los fermentos.

La investigación mostró que el acceso al fósforo debajo del suelo, la morfología de la raíz, la actividad de los fermentos y la acidez del suelo están relacionados. La aplicación de dos métodos: la zimografía y medición de la acidez, por primera vez permitió observar esta relación. Resultó que con el desarrollo del sistema de raíces, las raíces principales pierden su importancia para la movilidad del fósforo. La falta del fósforo estimula las plantas a que acidulen la rizosfera y activen las fosfatasas ácidas. Con la acidez baja las raíces y microorganismos producen menos fosfatasa ácida. Puesto que, la acidez del suelo cambia con el desarrollo del sistema de raíces, la fosfatasa ácida muestra un fuerte cambio temporal en su aporte de la alimentación del lupino con el fósforo. La fosfatasa alcalina asegura una movilidad más constante del fósforo durante todo el período de crecimiento del sistema de raíces de la planta.

El estudio fue publicado en la revista Soil Biology and Biochemistry