FIJACIÓN DE NITRÓGENO

El nitrógeno hace parte de los metabolismos esenciales de la vida; este comprende el 78% del aire, es inerte y sólo entra al sistema biológico cuando es fijado, es decir combinado con otros elementos en especial carbono, hidrógeno y oxígeno. Desgraciadamente se ha abusado de él al punto de que se ha producido contaminación en el aire, suelo y agua con secuelas negativas en las cadenas tróficas y en la calidad de vida. Esto ha sucedido porque no se ha tenido en cuenta la verdadera capacidad de las plantas y microorganismos del suelo para transformar formas inorgánicas a orgánicas.

Por fijación de nitrógeno se entiende la combinación de nitrógeno molecular o di nitrógeno con oxígeno o hidrógeno para dar óxidos o amonio que pueden incorporarse a la biosfera. El nitrógeno molecular, que es el componente mayoritario de la atmósfera, es inerte y no aprovechable directamente por la mayoría de los seres vivos. La fijación de nitrógeno puede ocurrir de manera abiótica (sin intervención de los seres vivos) o por acción de microorganismos (fijación biológica de nitrógeno). La fijación en general supone la incorporación a la biosfera de una importante cantidad de nitrógeno, que a nivel global puede alcanzar unos 250 millones de toneladas al año, de las que 150 corresponden a la fijación biológica.

Fijación biológica de nitrógeno (FBN)

La reducción de nitrógeno a amonio llevada a cabo por bacterias de vida libre o en simbiosis con algunas especies vegetales (leguminosas y algunas leñosas no leguminosas), se conoce como fijación biológica de nitrógeno (FBN). Los organismos capaces de fijar nitrógeno se conocen como diazótrofos.

El amonio, primer compuesto estable del proceso, es asimilado por los fijadores libres o transferido al correspondiente hospedador en el caso de la asociación con plantas. Aunque el amoníaco (NH3) es el producto directo de esta reacción, se ioniza rápidamente a amonio (NH4). En diazótrofos de vida libre, el amonio de la nitrogenasa es asimilada en glutamato a través del ciclo de síntesis glutamina sintetasa/glutamato.

En muchas bacterias, la nitrogenasa es muy susceptible a la destrucción por oxígeno (muchas bacterias dejan de producir fijar nitrógeno en presencia de oxígeno). Tensiones bajas de oxígeno son aprovechadas por diferentes bacterias que viven en anaerobiosis, respirando niveles bajos de oxígeno, u obteniendo el oxígeno con una proteína (e.g. leghemoglobina).

Los microorganismos fijadores de N

Existen en la naturaleza tres grandes sistemas de fijación:

En forma libre Asociados a una planta Simbiosis

Fijación simbiótica de nitrógeno en las leguminosasLas más conocidas son las plantas de la familia de las leguminosas (Fabaceae) como los tréboles, alfalfa, soja, alubias o porotos, guisantes), que poseen en sus raíces nódulos con bacterias simbióticas conocidas como rizobios, que producen compuestos nitrogenados que ayudan a la planta a crecer y competir con otras plantas. Cuando la planta muere, el nitrógeno ayuda a fertilizar el suelo.

Se cree también que durante la vida de la planta también se enriquece el suelo a través de los exudados de las raíces, ricos en nitrógeno.

La inmensa mayoría de las leguminosas tienen esa asociación, pero algunos géneros como Styphnolobium no. La asociación leguminosa-bacteria suele ser muy específica, aunque algunas especies bacterianas son capaces de formar simbiosis con varias leguminosas:

Leguminosa Bacteria

Soja Bradyrhizobium japonicum y Sinorhizobium frediiGuisante Rhizobium leguminosarum bv. viciaeAlubia Rhizobium leguminosarum bv. phaseoli, R. etli y R. tropiciTrébol Rhizobium leguminosarum bv. trifoliiAlfalfa Sinorhizobium melilotiMedicago truncatula Sinorhizobium meliloti

Fijación de nitrógeno en no-leguminosas

Hay pocas plantas no leguminosas que puedan fijar nitrógeno. Son 22 géneros de arbustos leñosos o árboles de 8 familias. Estas plantas forman asociaciones con bacterias del género Frankia, y se denominan plantas actinoricicas. La habilidad de fijar nitrógeno no está universalmente presente en esas familias; asi, de los 122 géneros de Rosaceae, solo 4 géneros fijan nitrógeno.

Familias GénerosBetulaceae AlnusCasuarinaceae Allocasuarina, Casuarina, Gymnostoma

Coriariaceae CoriariaDatiscaceae DatiscaElaeagnaceae Elaeagnus, Hippophae, Shepherdia

Myricaceae Morella, Myrica, Comptonia

Rhamnaceae Ceanothus, Colletia, Discaria, Kentrothamnus, Retanilla, TrevoaRosaceae Cercocarpus, Chamaebatia, Prusia, DryasTambién existe asociación entre bacterias fijadoras y plantas del tipo gramíneas. En estos casos la bacteria (algunas cepas del genero Azospirillum) invade los espacios entre células de la raíz pero sin penetrar en las células vegetales. Algunos cultivos que se pueden beneficiar de este tipo de asociaciones son:

Caña de azúcar Sorgo Arroz

Trigo Maíz

Los microorganismos beneficiosos son los que pueden fijar el nitrógeno atmosférico, descomponer basuras orgánicas y residuos, desintoxicar pesticidas, suprimir enfermedades de planta y patógeno llevados del suelo, realizar completamente un ciclo nutriente, y producir compuestos bioactivos tales como vitaminas, hormonas y enzimas que estimulen el crecimiento vegetal.