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Agricultura

Por dentro de la planta

Una técnica permite trazar la ruta que recorre el silicio al aplicárselo como fertilizante

La fertilización de la caña de azúcar, papa, arroz y otros cultivos con silicio ha  ayudado a mejorar la productividad y la calidad de las cosechas. Estudios realizados muestran que la absorción de silicio por parte de la planta aumenta la tolerancia a la falta de agua, la capacidad de fotosíntesis y la resistencia al ataque de plagas y enfermedades. Investigadores del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (Cena) de la Universidad de São Paulo (USP), con sede en la localidad de Piracicaba, interior paulista, fueron más allá y desarrollaron una metodología que permite trazar todo el camino que recorre el silicio fertilizante y estudiar los procesos de absorción, transporte y redistribución del elemento dentro de la planta (lea el artículo sobre el silicio en la agricultura en la edición 140 de Pesquisa FAPESP). “El primer paso para llevar a cabo ese estudio consiste en aplicar una fuente enriquecida en uno de los isótopos de silicio, llamado trazador, con composición isotópica distinta que la natural”, dice el profesor José Albertino Bendassolli, del Laboratorio de Isótopos Estables del Cena, coordinador de la investigación.

Los isótopos son átomos de un mismo elemento químico que se diferencian por el número de masa, es decir, por la cantidad de protones y neutrones presentes en el núcleo. El número de protones caracteriza, por ejemplo, al nitrógeno, el carbono, el azufre o el silicio, mientras que la variación en el número de neutrones distingue a los isótopos de cada uno de ellos. Estos isótopos responden por las pequeñas diferencias entre las propiedades físicas de un mismo elemento químico. El hidrógeno, por ejemplo, el átomo más sencillo desde el punto de vista estructural, posee tres isótopos: el hidrógeno con masa 1 responde por más de un 99% del total de ese gas en la naturaleza, el deuterio con masa 2, constituyente del agua pesada, empleada en la refrigeración de reactores nucleares, y el tritio, con 3, inestable y radioactivo.

“El método del trazador con el uso de isótopos estables, que no emiten ningún tipo de partícula o radiación, permite evaluar las transformaciones y el camino recorrido por un elemento en la naturaleza de forma cuantitativa y cualitativa”, dice el investigador. Esto significa que la metodología permite hacer un seguimiento acerca de cómo el silicio se desplaza por la planta, es decir, dónde se acumula, si logra salir de una hoja e ir hasta otra carente del micronutriente. “El marcador permite también hacer un estudio del metabolismo de la planta, de la parte celular y  genética, como por ejemplo, si determinado aminoácido es precursor de una proteína”, dice Josiane Toloti Carneiro, que también participó de la investigación con un proyecto de posdoctorado financiado por la FAPESP.

Absorción restringida
El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, pero no está totalmente disponible. “La forma en que la planta logra absorberlo naturalmente es restringida, por eso se hace la fertilización”, dice Josiane. Actualmente existen muchas empresas que usan residuos de escoria de siderurgia, provenientes de varios materiales, como fuente de silicio en la agricultura. La importancia de estos fertilizantes ha crecido en los últimos 10 años, aunque países como Japón, China y Corea utilizan desde hace  décadas cantidades elevadas de ese elemento químico en plantaciones de arroz. La curiosidad científica para saber qué representa ese elemento de símbolo Si en la agricultura también ha aumentado. Tan es así que desde 1999 el tema ha sido discutido en el marco de un congreso mundial. Este año, en su cuarta edición, el mismo se realizará en Sudáfrica. Los estudios llevados a cabo en el Cena se concentraron en dos especies distintas, arroz (gramínea) y fríjol (leguminosa), acumuladoras de silicio. El maíz, inicialmente seleccionado para ser estudiado, fue sustituido por el fríjol. Las investigaciones consistieron en analizar ambas plantas cultivadas en solución nutritiva sin aplicar el silicio enriquecido y con aplicación del isótopo 30Si, el más pesado entre los tres isótopos estables del Si  (masas 28, 29 y 30) y encontrado en menor cantidad en la naturaleza. “Percibimos que cuando el silicio era aplicado en la planta prácticamente toda la cantidad absorbida era direccionada hacia las hojas en un corto lapso de tiempo”, dice Josiane. En otras partes se detectó una cantidad baja del elemento. Cuando éste uedó acumulado en gran cantidad, los investigadores quitaron la fuente de silicio disponible en las hojas viejas y dejaron crecer hojas nuevas para ver si éste sería redistribuido,  cosa que no sucedió. “No hubo ninguna absorción por parte de las plantas nuevas, al contrario que con otros fertilizantes”, dice Bendassolli. Si una parte de la planta está exactamente necesitando nitrógeno, por ejemplo, éste emigra de donde está acumulado adonde es más necesario en aquel momento. “La metodología es una herramienta importante porque el silicio ha sido aplicado como fertilizante, pero no se sabe exactamente cuál es la función fisiológica de ese elemento químico en la planta”, dice la bióloga Lílian Aparecida de Oliveira, que hace doctorado en Cena y participa del proyecto.

El análisis de las plantas se efectúa en un espectrómetro de masas, un aparato que hace la determinación de la abundancia isotópica del elemento químico de interés solamente con fracciones gaseosas. El espectrómetro utilizado en el Cena es un ejemplar único, fabricado en Alemania en la década de 1960. El análisis comienza con la extracción y el tratamiento de las muestras del suelo o de la planta. Las impurezas se remueven con un ataque químico ácido, que separa la fracción de silicio contenida en la muestra. Luego, se ponen algunos reactivos en la fracción para que el silicio precipite y pueda transformarse en una sal, posteriormente decompuesta en alta temperatura en una línea de vacío para producir y separar el gas tetrafluoruro de silicio. Después se lo introducido en lo espectrómetro de masas para los análisis isotópicos. El método para la determinación espectrofotométrica de silicio en muestras agronómicas salió publicado en la revista Communications in Soil and Plant Analysis, de la Universidad de Georgia, Estados Unidos, en junio de 2007. La parte que trata de la técnica para la determinación isotópica del silicio fue aceptada por la revista Analytical Letters, de Nueva York, y está aguardando publicación.

Proyecto
Determinación isotópica de Si por espectrometría de masas para estudios de absorción y movilidad en los cultivos de arroz y maíz

Modalidad
Auxilio Regular al Proyecto de Investigación

Coordinador
José Albertino Bendassolli — USP

Inversión
58.941,87 reales (FAPESP)

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