La Uchuva

Fijación biológica de Nitrógeno
José Olivares Pascual (olivares@eez.csic.es)
Estación Experimental del Zaidín, CSIC, Granada

Supuestas las necesidades de agua cubiertas, el nitrógeno es el factor limitante más importante para el desarrollo de las plantas que lo necesitan para formar proteínas, ácidos nucléicos, etc. Dentro de los ciclos biogeoquímicos de los elementos minerales, el delnitrógeno (Fig. 1) es especialmente complicado por encontrarse, en condiciones naturales, en distintos estados de valencia (de +5 a -3) formando compuestos estables.
Uno de estos compuestos, el nitrato, la forma más usual tomada por la planta, es clave en su nutrición y puede hallarse en el suelo derivado del contenido mineral del mismo, de aquel que se pueda incorporar de la atmósfera o de labiotransformación de las moleculas orgánicas que lo contienen formando parte de los restos vegetales y animales que allí llegan o de los propios microorganismos que lo habitan. La desnitrificación, o reducción del nitrato hasta nitrógeno molecular o dinitrógeno, N2, es una actividad microbiana importante, cuantitativamente considerada y por su efecto contaminante del ambiente. Las pérdidas de nitrógenoasimilable que esta actividad conlleva son compensadas por la llamada fijación de nitrógeno, que se entiende como la oxidación o reducción de este elemento para dar óxidos o amonio. Todos los procesos del ciclo actúan de forma que en condiciones normales las diferentes actividades microbianas estan equilibradas y las pérdidas son compensadas por las ganancias. La masiva utilización de fertilizantesnitrogenados está actuando sobre el ciclo con claros resultados negativos, entre ellos contribuyendo al cambio climático.

La fijación de nitrógeno puede ser puramente abiótica o biológica. Por la primera se forman óxidos como consecuencia de la combustión de compuestos orgánicos, descargas eléctricas, etc., que son arrastrados al suelo por la lluvia, o amonio por el proceso industrial HaberBosch. Por la segunda, la fijación biológica de nitrógeno (FBN), proceso llevado a cabo por organismos procarióticos, el N2 es reducido a amonio e incorporado a la biosfera.
A pesar de la abundancia de N2 en la atmósfera (más del 70 por ciento), no es aprovechable por las plantas que se ven obligadas a utilizar las formas combinadas que se encuentran en el suelo en cantidad insuficiente parasoportar los cultivos intensivos. Por lo que supone en el aporte de nitrógeno a las plantas, la FBN presenta un gran interés que ha determinado que sea considerada objeto de intensa investigación desde que en 1888 fue descubierta, aunque empíricamente era aprovechada ya por los romanos cuando observaron el efecto beneficioso de la rotación de los cultivos. No en vano la fijación biológica contribuyeglobalmente de forma importante al suministro del nitrógeno requerido por las plantas. El resto necesario procede casi en su totalidad del amonio sintertizado vía Haber Bosch con un gasto, para conseguir el H2 y la alta temperatura y presión requeridas, del 1 % de la energía consumida a nivel mundial. Hoy día la FBN cobra más valor, si cabe, dentro del contexto de la agricultura sostenible, ya quepuede evitar el uso abusivo de fertilizantes nitrogenados con el consiguiente ahorro en el consumo de energía y la disminución de la degradación del medio. Desde este punto de vista ecológico, también es interesante señalar la importancia de la FBN en el mar por la necesidad de nitrógeno asimilable disponible que requieren los océanos para actuar como sumideros del CO2 de la atmósfera.
Este procesomicrobiano es llevado a cabo por organismos procarióticos en vida libre o en simbiosis, esto último si ocurre en asociación mutualista con las plantas. Hay una gran representación de especies microbianas portadoras de esta característica pertenecientes a muy diferentes grupos de bacterias como se puede ver en la Tabla 1.
Se trata de un proceso altamente consumidor de energía. El triple enlace...