La relación entre el nitrógeno y el potasio en la nutrición de las plantas
En el artículo anterior introdujimos el concepto del ionoma de las plantas y enfatizamos en el papel de las interacciones entre elementos en la homeostasis de la nutrición mineral. En este artículo revisaremos la relación entre el nitrógeno (N) y el potasio (K), probablemente una de las más importantes en agronomía por tratarse de los nutrientes de mayor demanda por los cultivos.
Esta interacción se manifiesta cuando uno de los nutrientes influencia la absorción, transporte y/o utilización del otro de manera cooperativa o antagónica. Puede ocurrir a diversos niveles de organización celular, y de manera compleja en el caso de estos elementos ya que, mientras el potasio está disponible solo como catión (K+), el nitrógeno lo hace con cationes y aniones como el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3–), respectivamente.
La relación entre el nitrógeno y el potasio en el transporte celular
Una de las interacciones N-K más documentadas en la literatura es el marcado efecto inhibitorio que ejerce el NH4+ en la absorción de K+. Este efecto antagónico ocurre a nivel de los transportadores de potasio de alta afinidad, y se origina de la competencia por sitios de absorción entre iones que comparten una misma carga eléctrica y similar radio iónico (NH4+=0,143 nm, K+=0,133 nm) [1,2]. La consecuencia es una reducción sustancial en la absorción de K+ y otros cationes esenciales como calcio (Ca++) y magnesio (Mg++), en suelos bajos en potasio disponible.
En contraste a esta relación antagónica, el NO3– y el K+ se asocian sinergísticamente en las plantas. Mientras el NO3– estimula la absorción y acumulación de K+, éste contribuye a la activación de las enzimas que participan en la asimilación del NO3– y síntesis de proteínas. La consecuencia práctica de esta sinergia es una mayor absorción de K+ (así como Ca++ y Mg++) bajo nutrición con nitratos que con amonio.
Una concentración adecuada de potasio en la planta también puede reducir el efecto inhibitorio del NH4+ en el transporte de NO3– cuando el nitrógeno es aportado como nitrato de amonio, así como el síndrome de toxicidad por NH4+ cuando se utiliza urea como fuente nitrogenada. Este efecto atribuible al K+ se explica por la reducción en el transporte de NH4+ en la célula y por la estimulación de las enzimas asociadas a la asimilación del NH4+ [2].
La relación entre el nitrógeno y el potasio a nivel metabólico
Entre los 14 elementos esenciales, el nitrógeno es el mayor estimulante del crecimiento de las plantas debido a su participación en la síntesis de fitohormonas responsables de la división y expansión celular. Esta estimulación del crecimiento está acoplado a un mayor requerimiento de potasio necesario para mantener la concentración osmótica y el turgor celular generando una relación de cooperación entre ambos elementos
Además de su función en la regulación del potencial osmótico, el potasio es activador de más de 50 enzimas entre las que se encuentra la nitrato reductasa, enzima responsable de la primera reacción en la asimilación de nitrato a amonio en plantas (Figura 1).
El potasio no solo participa en la reducción del nitrato al amonio que se incorporará en los aminoácidos sino también en el ensamblaje de los aminoácidos en las proteínas. Esto indica que la deficiencia de potasio finalmente va a reducir la síntesis de proteínas, un efecto que es independiente del nitrógeno disponible en la planta.
La participación del potasio en la absorción y transporte del nitrato a larga distancia
Otro ejemplo del cooperativismo N-K ocurre en el modelo de re-circulación de iones entre la raíz y la parte aérea, en el cual el NO3– es transportado desde las raíces a las hojas junto con K+ como contra-ión. En las hojas el NO3– es reducido a NH4+ y la carga negativa transferida a malato, un ácido orgánico utilizado como contra-ión para transportar el K+ de regreso a las raíces. La carga negativa se libera como OH– en las raíces, donde se combina con el CO2 de la respiración celular generando HCO3–. El ion bicarbonato es transportado al exterior provocando aumento del pH en la rizósfera, mientras que el K+ es reciclado de regreso a las hojas junto al NO3– [2,3] (Figura 2).
De acuerdo este modelo de cooperativismo en el transporte de ambos nutrientes, la tasa de absorción de NO3– por las raíces depende de la tasa de asimilación del NO3– en las hojas, en el cual el K+ juega un papel esencial. Este mecanismo de re-circulación no aplica a especies que utilizan preferentemente NH4+ como fuente nitrogenada, como arroz y arándanos entre otras, en donde la asimilación del NH4+ ocurre en raíces.
La relación entre el nitrógeno y el potasio en los cultivos
La numerosa evidencia sobre la interacción N-K en los cultivos es consistente con lo que ocurre a diversos niveles de organización celular y permite concluir que una provisión adecuada de potasio es esencial para que el nitrógeno sea utilizado eficientemente [4]. Por lo tanto, precisar el valor crítico de potasio en el suelo en función a la especie y rendimiento esperado parece ser una condición necesaria para comenzar a mejorar la eficiencia de absorción, transporte y asimilación del nitrógeno por los cultivos.
PHLOEM, Abril de 2018
www.phloem.cl
Referencias
- Britto DT, Kronzucker HJ. 2002. NH4+ toxicity in higher plants: a critical review. J. Plant Physiol. 159: 567–584.
- Coskun D, Britto DT, Kronzucker HJ. 2017. The nitrogen–potassium intersection: membranes, metabolism, and mechanism. Plant Cell Env. 40: 2029–2041.
- Kirkby EA, Knight AH. 1997. Influence of the level of nitrate nutrition on ion uptake and ssimilation, organic acid accumulation, and cation-anion balance in whole tomato plants. Plant Physiol. 60: 349-353.
- Johnston AE, Milford GFJ. 2012. Potassium and nitrogen interactions in crops. Rothamsted Research, Harpenden, Hertfordshire AL5 2JG, Potash Development Association.