Héctor M. Coraspe-León*, Takashi Muraoka**, Vinicius Ide Franzini***, Freddy S. Contreras Espinal**** y Paulo C. Ocheuze Trivelin**

* Investigador. INIA.  Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas. Estación Experimental Trujillo, estado Trujillo, Venezuela. Email: hcoraspe@inia.gob.ve

** Profesores. Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (CENA)/ Universidad de Sao Paulo (USP), Brasil.

*** Estudiante de Doctorado. Escuela Superior de Agricultura "Luiz de Queiróz" (ESALQ)/ Universidad de Sao Paulo (USP), Brasil.

**** Investigador. Instituto Dominicano de Investigaciones Agropecuarias y Forestales (IDIAF).

RESUMEN

El objetivo de este trabajo fue determinar la forma de N (N-NH₄⁺ o N-NO₃^–) más absorbida por las plantas de papa en la producción de tubérculos-semilla, usando el isótopo ¹⁵N. El experimento fue realizado en condiciones de inver­nadero durante los meses de agosto a noviembre de 2006 en las instalaciones del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (CENA), Universidad de São Paulo (USP), Brasil. Fue conducido en potes plásticos de 2,3 l de capa­cidad usando como sustrato arcilla expandida. El diseño experimental empleado fue el de bloques completos al azar con 5 tratamientos, referentes a las épocas de aplicación del NH₄NO₃ marcado: 14, 28, 42, 56 e 70 DDT, y 3 repeti­ciones. Fue usada la solución nutritiva IAC, modificada en cuanto al suministro de N, K y Ca, sustituyéndose el nitrato de calcio y nitrato de potasio por el nitrato de amonio enriquecido con ¹⁵N. Para determinar la eficiencia de utili­zación del N del nitrato de amonio de las plantas de papa marcadas con ¹⁵N, se consideró el principio de la dilución isotópica, considerándose el enriquecimiento en % de átomos de ¹⁵N, la cantidad de ¹⁵N en la planta y descon­tándose la variación natural del isótopo estable ¹⁵N. La forma preferencial de absorción del nitrógeno en la fase inicial de desarrollo fue la amoniacal, tornándose a nítrica después de 56 días (formación de tubérculos). El aprove­chamiento de N por las plantas, sin embargo, fue siempre mayor con la forma amoniacal aplicada en todos los estadios, con excepción de los 28 días y al final de ciclo.

Palabras Clave: Solanum tuberosum; absorción de nitrógeno; nutrición mineral; solución nutritiva; ¹⁵N; arcilla expandida ; semilla de papa.

N-nh₄⁺ and n-no₃  uptake by potato in the tuber seed production

The nitrogen is the structural constituent of proteins, several metabolites involved in the synthesis and trans­ference of energy and also of nucleic acids. It is absorbed by plants in the nitrate (NO₃^–) or ammonium (NH₄⁺) form. The nitrate uptake varies with cultivar and light intensity. The objective of this research was to determine the preferential form of N (N-NH₄⁺ or N-NO₃^–) absorbed by the potato plants in seed tuber productions, using ¹⁵N isotope. The experiment was carried out in the greenhouse of Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA) / USP, Brazil, using 2.3 l plastic pots, with expanded clays as substrate. The experimental design used was a completely randomized with five treatments, corresponding to the labeled NH₄ or NO₃ (¹⁵NH₄ or ¹⁵ NO₃) application time: 14, 28, 42, 56 and 70 days after transplanting (DAT), and three replicates. An IAC nutrient solution was used, modified to supply N, K and Ca, substituting calcium nitrate and potassium nitrate by ammonium nitrate labeled with ¹⁵N. The preferential form of nitrogen absorption at the initial developing stage was the ammonium, changing to nitrate after 56 DAT (tuber formation). The N utilization by the plants, however, was always higher with ammonium form applied in all stages, with the exception at 28 DAT and at the end of cycle.

Key Words: Solanum tuberosum L.; nitrogen absorption; mineral nutrition; nutrient solution; ¹⁵N; expanded clay; seed tuber.

Absorção de formas de nitrogênio amoniacal e nitrica pela batateira na produção de tubérculo-semente

RESUMO

O N é constituinte estrutural de proteínas, de muitos metabólitos envolvidos na síntese e transferência de energia e mesmo de ácidos nucléicos. O nitrogênio pode ser absorvido pelas plantas na forma de nitrato (NO₃^–) ou amônio (NH₄⁺). A absorção de nitrato varia conforme a cultivar e intensidade luminosa como pode ser constatado em diversas culturas. O objetivo deste trabalho foi deter­minar a forma de N (N-NH₄⁺ ou N-NO₃^–) mais absorvida pelas plantas de batata na produção de tubérculos-semente, usando o isótopo ¹⁵N. O experimento foi realizado em condições de casa-de-vegetação durante os meses de agosto a novembro de 2006 nas instalações do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA), Universidade de São Paulo (USP), Brasil. Foi desenvolvido em vasos plásticos de 2,3 l de capacidade usando como substrato argila expandida. O delineamento experimental empregado foi o de blocos completos ao acaso com cinco tratamentos, referentes às épocas de aplicação do NH₄NO₃ marcado: 14, 28, 42, 56 e 70 DAT, e três repetições. Foi usada a solução nutritiva IAC, modificada quanto ao fornecimento de N, K e Ca, substituindo-se o nitrato de cálcio e nitrato de potássio pelo nitrato de amônio enriquecido com ¹⁵N. Para determinar a eficiência de utilização do N do nitrato de amônio das plantas de papa marcadas com ¹⁵N, baseou­se no princípio da diluição isotópica, considerando-se o enriquecimento em % de átomos de ¹⁵N, a quantidade de ¹⁵N na planta e descontando-se a variação natural do isótopo estável ¹⁵N. A forma preferencial de absorção do nitrogênio no estádio inicial de desenvolvimento foi a amoniacal, tornando-se a nítrica após 56 dias (formação de tubérculos). O aproveitamento de N pelas plantas, porém, foi sempre maior com a forma amoniacal aplicada em todos os estádios, com exceção aos 28 dias e no final do ciclo.

Palavras Chave: Solanum tuberosum; absorção de nitrogênio; nutrição mineral; solução nutritiva; ¹⁵N; argila expandida; batata semente.

RECIBIDO: marzo 24, 2008  ACEPTADO: octubre 13, 2008

INTRODUCCIÓN

El Nitrógeno (N) es constituyente estructural de proteí­nas, de muchos metabolitos relacionados con la síntesis y transferencia de energía y también de ácidos nucleícos. El N puede ser absorbido por las plantas en la forma de nitrato (NO₃^–) o amonio (NH₄⁺). La absorción de nitrato y amonio varia conforme la especie, variedad, temperatura, pH e intensidad luminosa como puede ser constatado en diversos cultivos.

Las especies y cultivares tienen exigencias diferentes del nutrimento, en relación a la cantidad y a la forma absorbida. El tomate, por ejemplo, es más exigente en calcio, fósforo y potasio que la lechuga, mientras que en papa no existe una definición sobre la mejor compo­sición de la solución nutritiva.

El N puede ser absorbido por las plantas en la forma de nitrato (NO₃^–) o amonio (NH4+). La absorción de NO₃ varía conforme la variedad e intensidad luminosa como pudo ser constatado en cultivos de lechuga y en otras hortalizas (Rodrigues, 2002).

El N en la forma amoniacal (NH4+) no debe sobrepasar 20% de la cantidad total de N en la formulación (Furlani et al., 1999), pero la forma preferencial en la absorción de N, sea nítrica o amoniacal, difiere también con las especies vegetales, conforme observado por Tadano y Tanaka (1976).

El NO₃^–, es particularmente sujeto a lixiviación (Gassert, 1959, 1961; Malavolta, 1967, 1980). Mientras que el NH₄⁺ es cargado positivamente, lo que hace que aplicado en el suelo, se adsorba más lentamente debido al inter­cambio iónico, reduciendo la pérdida por drenaje (Harmsen y Kolenbrander, 1965; Scarsbook, 1965). El NH₄⁺ puede ser fijado por las arcillas con predominancia de vermiculita y montmorilonita (Nommik, 1965).

Cerca de 70% de los cationes y aniones absorbidos por las plantas son representados por NH₄⁺ y NO₃ (Jungk, 1970, citado por Osaki et al., 1995b), esto hace que las formas de N absorbidas por las raíces sean muy impor­tantes en términos del balance iónico y desarrollo de la planta. En este contexto, el objetivo de este trabajo fue determinar la forma de N (N-NH₄⁺ o N-NO₃^–) más absorbida por las plantas de papa en la producción de tubérculos-semilla, usando el isótopo ¹⁵N.

MATERIALES Y MÉTODOS

Ubicación del experimento: el experimento fue reali­zado en condiciones de invernadero durante los meses de agosto a noviembre de 2006 en las instalaciones del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (CENA), Universidad de São Paulo (USP), Brasil.

Unidad experimental: fue desarrollado en potes plásticos de 2,3 l de capacidad, conteniendo cada uno 1,8 kg de arcilla expandida Cinexpan, tipo 0500 con densidad aparente de 830 - 890 kg m^–3, producida por CINEXPAN Industria y Comercio Ltda. (CINEXPAN, 2006).

Características del sustrato y material de siembra: las propiedades químicas del sustrato (Cuadro 1) fueron determinadas de acuerdo con los métodos analíticos descritos por Raij et al. (2001). Fue utilizado material in vitro, de la categoría pre-básica de la variedad 'Atlantic', que se caracteriza por altos rendimientos, buena apariencia, gran adaptabilidad y destinada a uso industrial (ELMA CHIPS, 2000).

(1) Valor menor que 0,1*

Relación sustrato: CaCl₂ (1:2,5)

Características de la solución nutritiva: fue usada la solución nutritiva IAC (Cuadro 2), la cual presenta composición química mostrada en el Cuadro 3, modifi­cándola en el suministro de N, K y Ca, sustituyéndose el nitrato de calcio y nitrato de potasio por el nitrato de amonio enriquecido con ¹⁵N. Se realizó el balance del K y Ca usando KCl y CaCl₂. Fueron transplantadas nicialmente 4 plántulas por pote y manteniéndose dos después de dos semanas. Durante la primera semana se utilizó una solución nutritiva diluida en 1/5 de la concen­tración completa (Cuadro 3). En este período, las irrigaciones fueron efectuadas diariamente, comple­tando el pote con la solución nutritiva existente en el recipiente colector.

CUADRO 2. Fertilizantes usados para la preparación de la solución nutritiva del IAC, para 10³ l

(1) Composición química: B 0,52%; Ca-EDTA 2,57%; Cu-EDTA

0,53%; Fe-EDTA 2,1%; Fe-DTPA 1,74%; Mn-EDTA 2,57%; Mo

0,13%; Zn-EDTA 0,53%.

CUADRO 3. Composición química de la solución nutritiva IAC.

Grupo de experimentos: el experimento fue dividido en dos grupos de potes definidos como "Absorción de N aplicado en diferentes estadios" y "Aprovechamiento por las plantas de N aplicado en diferentes estadios", cada un formado por 30 potes. Cada grupo fue subdivi­dido en subgrupos de 15 potes referente a las 5 aplica­ciones con 3 repeticiones, donde fue aplicado en 15 potes el ¹⁵NH₄NO₃, es decir, marcado en el NH₄⁺ y, en los 15 restantes el NH₄¹⁵NO₃, marcado en el NO₃.

Grupo 1: "Absorción de N aplicado en diferentes estadios": en este grupo se realizó la cosecha de las plantas una semana después de las aplicaciones de la solución con el N marcado. Durante esa semana, la apli­cación de los tratamientos fue realizada mediante la irri­gación de los potes con el recipiente colector que contenía la solución nutritiva con la fuente de N marcado correspondiente al período de aplicación. En este grupo 1, "Absorción de N aplicado en diferentes estadios", el nitrato de amonio presentaba la molécula de NO₃ marcada con 1,359% de ¹⁵N y en el NH₄ con 1,189% de enriquecimiento.

Grupo 2: "Aprovechamiento por las plantas de N apli­cado en diferentes estadios": en este segundo grupo de potes (con la misma cantidad del grupo anterior) las plantas fueron mantenidas a lo largo del ciclo de desa­rrollo, efectuándose la cosecha a los 77 días después del transplante (DDT). Después de transcurrida una semana de la aplicación de la solución marcada (trata­mientos), los potes fueron irrigados con agua desio­nizada por 3 veces consecutivas para retirar cualquier cantidad de solución nutritiva con N marcado. Poste­riormente, hasta el final del ciclo los potes continuaron con el suministro de nutrimentos mediante solución nutritiva sin N marcado (solución nutritiva convencional descrita en los Cuadros 2 y 3). En este grupo 2 ("Apro­vechamiento por las plantas de N aplicado en diferentes estadios"), el exceso de ¹⁵N fue 5,37% y 5,44% para el NO₃ y el NH₄⁺, respectivamente.

La discusión del experimento es presentada para cada grupo, (denominados "Aprovechamiento por las plantas del N aplicado en diferentes estadios" y "Absorción de N aplicado en diferentes estadios"), con la finalidad de evidenciar que son diferentes y se complementan. En el primer grupo los datos se refieren al N (forma amoniacal o nítrica) aplicado a determinados estadios de desarrollo de la planta que permaneció hasta la cosecha. Ya en el segundo grupo, es determinada la forma de N que las plantas absorben en los diferentes estadios en el período de una semana.

Cosecha: en la época de la cosecha, en ambos grupos, las plantas fueron separadas en parte aérea (PA), raíces y tubérculos. El material fue identificado, acondicio­nado en bolsas de papel, secado en estufa a 60 °C por 72 horas, pesado en balanza de precisión para determi­nación de la materia seca (MS) y luego molidas en molino tipo Willey.

Determinaciones de la eficiencia del nitrógeno: el efectuó la determinación de N total por el método de micro Kjeldahl (Malavolta et al., 1997) y el enriqueci­miento isotópico de átomos de 15N fue determinado en espectrómetro de masa (IRMS), en el Laboratorio de Isótopos Estables del CENA/USP, conforme metodo­logía descrita en Barrie y Prosser (1996). La determi­nación de la eficiencia de utilización del N del nitrato de amonio de las plantas de papa marcadas con ¹⁵N, fue basada en el principio de la dilución isotópica, conside­rándose el enriquecimiento en % de átomos de ¹⁵N, la cantidad de ¹⁵N en la planta y descontándose la variación natural del isótopo estable ¹⁵N. A partir de las determi­naciones, los cálculos fueron realizados a partir de las siguientes fórmulas, considerándose dos plantas por pote:

%NPPF = [(átm. % 15N en exc plant.- % Abund. Nat.)/ átm. % ¹⁵N en exc.fert] x 100

Q_NPPF = (% N_PPF/100) x Qntp

R(%) = (Q_NPPF/Q<) x 100

FIGURA 5. Aprovechamiento de N (%) en función de los períodos de aplicación del NH₄ ¹⁵NO₃ ó ¹⁵NH₄NO₃ y época de cosecha (en planta entera). Valores seguidos por letras distintas en el mismo período, difieren significativamente entre sí por la prueba de Tukey (5%).

FIGURA 6. Aprovechamiento de N (%) en función de los períodos de aplicación del NH₄ ¹⁵NO₃ ó ¹⁵NH₄NO₃, en el tubérculo de la papa cosechada al final del ciclo. Valores seguidos por letras distintas en el mismo período, difieren significativamente entre sí por la prueba de Tukey (5%).

Por otro lado, se nota también en estas figuras, dife­rencias significativas (P≤0,05) en las aplicaciones de ¹⁵N realizadas a los 14, 56 y 70 DDT de las plántulas de papa (Figuras 5 y 6). Además, se observó en estas figuras que la absorción del N-NH₄+ en la planta entera (Figura 5) y PA (Figura 6) fue 6,2% y 5,1%, respectivamente, mientras que la de N- NO₃ fue 3,2% y 3,1% en la fase inicial del ciclo de crecimiento de la planta.

Se notó que con el avance del ciclo de desarrollo de las plantas la forma nítrica pasó a ser significativamente más absorbida, manteniéndose esta tendencia hasta la aplicación de ¹⁵N a los 70 d. Este patrón ya señalado en la discusión de la cosecha al final del ciclo sugiere que en plantas en inicio de crecimiento pueden existir sistemas funcionales incompletos para mayor absorción de N-NO₃– o cambios en las posiciones de carbohidratos en las raíces durante el desarrollo que pueden modifi­car la forma preferencial de N, como lo señalado por Ku et al. (1983) y Monson et al. (1986). En la aplicación de ¹⁵N realizada a los 70 DAT el aprovechamiento del N-NO₃ fue 32,1% contra apenas 7,6% del N-NH₄ (Figura 5).

La mayor absorción del N-NH₄ al inicio de desarrollo (cosecha a los 21 d) de las plantas ocurrió probable-mente por el menor gasto de energía necesario en reducir NO₃ a NH₄+, debido a la menor tasa fotosintética en esa fase inicial de desarrollo. El NO₃ absorbido por las plantas es reducido a la forma amoniacal y el N es combinado en las cadenas orgánicas del vegetal, formando ácido glutámico y a partir de ahí otros aminoácidos. Estudios han indicado que esa asimilación es limitada en el proceso de reducción del NO₃– a NH₄+ proceso en que la reducción del NO₃ por acción de la enzima NO₃ reductasa es la enzima-clave (Rufty et al., 1986, Taiz y Zeiger, 2004).

La absorción de NH₄+ es favorecida por el pH elevado, mientras que la de NO₃ es favorecida por el pH bajo. Este efecto ocurre debido a la competencia de H+ y OH– que son liberados para el medio externo de la célula por intermedio de un mecanismo que está asociado a la actividad de las ATPasas de las membranas en el proceso de absorción activa de cationes y aniones (Marschner, 1995).

Al final del ciclo (cosecha a los 63 y 77 d), período de llenado de los tubérculos, la absorción del N-NO₃ en la planta entera y en la PA fue significativamente superior al del N-NH₄+ (Figuras 5 y 6).

Ogata (1963a y b) verificó que el N-NH₄⁺ fue mejor para el desarrollo vegetativo, mientras que el N-NO₃ para el estadio reproductivo, momento este en que los carbohidratos están siendo formados, sugiriendo que el efecto de la fuente de N en el crecimiento de la planta varia dependiendo de la fase fisiológica y componente químico necesario en cada fase.

La absorción del N-NO₃^– y N-NH₄⁺ por las raíces son presentados en la Figura 7 y se observó diferencias significativas (P≤0,05). La forma amoniacal fue significativamente superior en las 2 épocas iniciales de aplicación, con 1,14% y 1,17% de aprovechamiento del N-NH₄⁺. Al final del ciclo, el aprovechamiento del N­NO₃ en las raíces superó el del N-NH₄⁺, acompañando la tendencia verificada para la planta entera y PA.

FIGURA 7. Absorción del N (%) en función de los períodos de aplicación del NH¹⁵NO ó ¹⁵NHNO y época de cosecha (en raíz). Valores seguidos por letras distintas en el mismo período, difieren significativamente entre sí por la prueba de Tukey (5%).

En sus trabajos, Osaki et al. (1995a) observaron que durante la fase de crecimiento vegetativo del cultivo de la papa, cultivada en solución nutritiva conteniendo Na¹⁵NO₃ o (¹⁵NH₄)SO₄, la cantidad de N absorbida en las formas de NH₄ y NO₃ fue similar en la PA, mientras que en las raíces hubo mayor aprovechamiento de NO_3.

La absorción del N (%) en los tubérculos de las plantas de papa en función de la época de aplicación y de la forma de N usada es mostrada en la Figura 8. Hubo diferencias significativas (P≤0,05) al final del ciclo, cuando el N-NO₃ (8,2%) en el tubérculo superó el del N-NH₄⁺ (5,17%).

FIGURA 8. Absorción del N (%) en función de los períodos de aplicación del NH¹⁵NO ó ¹⁵NHNO y de la época de cosecha (en tubérculos). Valores seguidos por letras distintas en el mismo período, difieren significativamente entre sí por la prueba de Tukey (5%)

Por su parte, Kato et al. (1983) al aplicar N-NO₃ junto con N-NH₄⁺, verificaron que la distribución de ambas formas de N para los granos de soya fue diferente, el N-NO₃ contribuyó más para la productividad de los granos. Por otro lado, Pan et al. (1986) señalaron que la distribución de N para los granos de maíz no varió con la forma de N usada. La distribución de esas dos formas de N para cada órgano o parte de la planta depende de la especie y de la fase de desarrollo (Osaki et al., 1995a).

Así, a pesar de que no se haya observado diferencias en la producción de MS, se notó que al final del ciclo de la papa hay mayor absorción de la forma nítrica, sugiriendo que probablemente la aplicación de una fuente nitroge­nada sin nitrato, como el sulfato de amonio, en esa fase podría disminuir la producción.

CONCLUSIONES

-La forma preferencial de absorción del N en el estadio inicial de desarrollo fue la amoniacal, no existiendo diferencias de las formas en los estadios intermediarios (28 y 49 DDT), tornándose a nítrica después de 56 d (formación de tubérculos).

-El aprovechamiento de N por las plantas, sin embargo, fue siempre mayor con la forma amoniacal aplicada en todos los estadios, con excepción a los 28 d y al final del ciclo.

AGRADECIMIENTO

Los autores agradecen al investigador Dr. Newton do Prado Granja del Instituto Agronómico de Campinas (IAC), Brasil, por el suministro del material in vitro para la instalación del experimento y a la empresa CINEXPAN por la arcilla expandida usada como sustrato.

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