Development of new formulations of EDDHA/Fe³+ chelates and methodologies for their analysis based on NMR
- Autores: Sara Alcañiz Lucas
- Directores de la Tesis: Juana D. Jordá Guijarro (dir. tes.), Mar Cerdán Sala (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2015
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan J. Sánchez Andréu (presid.), José Oliva Ortiz (secret.), Alberto Barba Navarro (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: RUA
- Resumen
Para que un cultivo se desarrolle de forma óptima es necesario que la concentración de nutrientes en la disolución del suelo sea suficiente para satisfacer las necesidades del vegetal. Sin embargo, las condiciones ambientales que envuelven a los cultivos (características de los suelos y sustratos, estrés hídrico, ataque de insectos, hongos, bacterias y virus, etc.), pueden causar deficiencias nutricionales sobre todo en lo que se refiere a micronutrientes.
Uno de los problemas más graves a los que se enfrenta la agricultura en amplias regiones del mundo es la deficiencia de hierro, que da lugar a una disminución o inactivación de todos los procesos fisiológicos en los que interviene el hierro y en particular, la síntesis de clorofila.
La clorosis férrica es un síntoma característico de la deficiencia de hierro en las plantas que se manifiesta, en primer lugar, por una progresiva desaparición del color verde de las zonas intervenales de las hojas jóvenes. En estados más avanzados, los nervios más finos, también se vuelven amarillos, seguido de los nervios más gruesos, hasta que finalmente toda la hoja queda totalmente clorótica (Chen y Barak, 1982; Sanz et al, 1992).
Esta alteración nutricional afecta a la producción y la calidad de los cultivos, debido a que el hierro es un micronutriente esencial para el correcto desarrollo de las plantas (Marschner y Römheld, 1995). En términos de impacto económico, las pérdidas económicas asociadas con la disminución de la producción y el incremento en el consumo de fertilizantes férricos se estima en 200-400 € · ha-1 (Rombolà y Taglianini, 2006).
Este desorden nutricional es un problema complejo cuyas causas, por lo general, se deben a la combinación de varios factores:
¿ Baja disponibilidad de hierro en los suelos de cultivo. A pesar de que el hierro es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, la cantidad de hierro que permanece disponible para las plantas es muy baja, por lo que la deficiencia de este elemento es muy común. Este problema es debido a que su disponibilidad se ve fuertemente afectada por una serie de factores tales como pH, potencial rédox, mineral al que está asociado el hierro, presencia de agentes complejantes, etc., pudiendo provocar que en muchas ocasiones, la concentración de hierro que permanece en la disolución del suelo no sea suficiente para cubrir las necesidades del vegetal.
¿ Factores que afectan a la movilidad de hierro en la planta: la presencia de diversos iones, sobre todo, el bicarbonato pueden limitar el transporte de hierro en las plantas y la disponibilidad fisiológica del mismo en las hojas (Alhendawi et al., 1997).
Las plantas toman hierro preferentemente como Fe2+ a través de transportadores de proteínas (Hall y Guerinot, 2006). Ante la deficiencia de hierro, las plantas pueden desarrollar respuestas fisiológicas para aumentar la cantidad de hierro disponible (plantas eficientes) o pueden no desarrollar estas respuestas (plantas no eficientes). Las plantas eficientes, en función de los mecanismos de respuesta que desarrollen, se dividen en: plantas de Estrategia I (dicotiledóneas y monocotiledóneas especies no gramíneas) y plantas de Estrategia II (gramíneas) (Marschner et al, 1986; Brown y Jolley, 1988; Marschner y Römheld, 1995). El mecanismo que desarrollan las plantas de Estrategia I consiste, principalmente, en que: ¿ Activan la enzima reductasa oxidasa férrica (FRO), encargada de reducir el Fe3+ del quelato férrico a Fe2+, para incrementar la reducción de Fe3+ en la zona radicular (Brüggemann et al., 1990; Holden et al. 1991; Kochian, 1991; Romera et al., 1998; Brumbarova et al., 2015).
¿ Inducen la AHA2 (Arabidopsis H+ ATPase 2; Santi and Schmidt, 2009), provocando una disminución del pH de la rizosfera mediante secreción de H+. Este efecto produce un aumento de la solubilidad de los compuestos de hierro del suelo y el incremento en la actividad de la enzima FRO.
¿ Aumentan la asimilación del Fe3+ debido a la expulsión de reductores y/o quelantes (Bienfait et al., 1983; Römheld and Marschner, 1983; Mladenka et al., 2010; Schimdt et al., 2014).
Hoy en día, la aplicación de quelatos férricos es una práctica agrícola común para evitar y/o aliviar la clorosis férrica y estos productos están regulados por la legislación europea de fertilizantes (EC N° 2003/2003; Anon, 2003, EU Regulations N° 2076/2004; Anon, 2004 y EU Regulations N° 162/2007; Anon, 2007), siendo el o,o EDDHA/Fe3+ el más eficaz para remediarla (Hernández- Apaolaza et al., 1997; Cremonini et al., 2001). Su eficacia es debida a la capacidad que tiene esta molécula para mantener el hierro en disolución bajo las condiciones existentes en los suelos calizos y para aportar hierro a la planta en un amplio intervalo de valores de pH del medio de cultivo (Lucena, 2003).
La síntesis industrial de o,o EDDHA (Petree et al , 1978) produce dos regioisómeros, el p,p EDDHA y el o,p EDDHA (Hernández Apaolaza et al, 1997; Cremonini et al., 2001). La utilización de éste último (o,p EDDHA) como fertilizantes férrico ha sido autorizado por la legislación europea recientemente (EU Regulations N° 162/2007; Anon, 2007).
Debido a los dos carbonos quirales que posee el o,o EDDHA, dicha molécula presenta dos formas isoméricas (isomería óptica), que cuando se unen al Fe3+ para formar el quelato férrico (o,o EDDHA/Fe3+), dan lugar a una mezcla al 50%, aproximadamente, de dos isómeros geométricos, el isómero meso y la mezcla d,l racémica. Difieren en estabilidad y reactividad frente a los materiales del suelo, siendo el isómero d,l racémico (pK=-35.34) 500 veces más estable que la forma meso (pK=-33.28) (Barak and Chen, 1987; Bannochie and Martell, 1989).
El análisis de los quelatos o,o EDDHA/Fe3+ comerciales es esencial para evaluar la calidad de los mismos y el cumplimiento de la normativa que los regula. En general, los métodos de análisis autorizados para o,o EDDHA/Fe3+ (CEN/EN 13368-2, 2012) y o,p EDDHA/Fe3+ (CEN/TS 15452, 2007) se basan en la técnica de espectroscopia atómica de absorción y la técnica de HPLC acoplada con espectrofotometría UV-Vis. Sin embargo, estas técnicas necesitan patrones de los compuestos que se van a determinar para llevar a cabo el análisis. En el caso de los quelatos férricos, algunos de estos patrones están difícilmente disponibles en el mercado o no existen, puesto que hay compuestos que forman parte de los quelatos férricos comerciales que, todavía, se desconocen.
Por estas razones, sería interesante plantear una nueva técnica que permita la caracterización completa de los quelatos férricos comerciales.
