Si bien no es un elemento esencial para las plantas, cumple roles clave dentro de ellas. En el caso de las gramíneas, acumulan grandes cantidades de silicio, siendo clave para mantener su estructura. María Paz Rosés, ingeniero agrónomo con mención en Fruticultura por la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso y Magíster en Ciencias Vegetales por la Pontificia Universidad Católica de Chile, se ha adentrado en su estudio y sus efectos sobre los cultivos.
María Paz Rosés.
Rosés explica que la primera vez que escuchó hablar sobre los beneficios del silicio en la agricultura fue mientras realizaba su magíster. “Después me vine a enterar que el silicio se ha usado por siglos, en el Imperio romano y la Antigua China, para el control de enfermedades”.
Sus primeras aproximaciones con este elemento fueron justamente en el control de enfermedades, desde donde pudo ver más de cerca sus efectos. “Trabajando en uva de mesa para controlar Botrytis, empezamos a ver otros efectos en calidad de fruta, en una mejora frente a la deshidratación, y ahí me empecé a interiorizar con esto y a darme cuenta de que hay todo un mundo en el estudio del silicio”.
Sus siguientes pasos fueron en la dirección de la aplicación del silicio para mejorar la resistencia de las plantas frente a muchos tipos de estrés, ya sean bióticos o abióticos, centrando su trabajo en el estudio de sus beneficios como desestresante vegetal.
SILICIO, ¿ESENCIAL PARA ALGUNAS ESPECIES?
Se trata de un componente vegetal constante, considerado por algunos investigadores como esencial para cultivos como arroz, tomate, cebada o girasol, especies más afines a su absorción. Una particularidad de su presencia en las plantas es que varía según el órgano. “En las pulpas de los frutos es donde menos se encuentra, con apenas un 0,001%, mientras que en los tejidos epidérmicos en hojas varía entre un 10 y 15%”, señala Rosés.
Dada la alta absorción de silicio que realizan algunas especies, como la caña de azúcar, que varía entre 300 y 700 kilos por hectárea de cultivo, el arroz, entre 150 y 300 kilos, o el maíz, entre 200 y 350 kilos por hectárea, la académica sostiene que se trata de un nutriente que debería estar en los programas, al menos en esos cultivos. “La verdad es que sigo sin entender por qué muchas veces lo dejan fuera”, apunta la investigadora.
SILICIO COMO APOYO ESTRUCTURAL
Los suelos ricos en este metaloide mantienen su estructura por más tiempo y de mejor manera. Además, cualquier tipo de suelo puede fertilizarse con este macronutriente. Este punto es de especial relevancia para la académica, que resalta la importancia de aplicarlo a través del suelo. “La aplicación efectiva de silicio se debe hacer vía suelo, la forma de entrada y llegada a los tejidos y células es por el xilema, y tiene la ventaja de poder hacerse en cualquier tipo de suelo”, sostiene.
El silicio también es un aporte fundamental para la retención de fósforo, donde los suelos ricos en silicio lo retienen de mejor manera y en su forma asimilable, resultando en una mejor absorción de fósforo por parte de las plantas.
Su relevancia como un componente base de la estructura de los suelos radica en que, como señala la asesora, la actividad agrícola con un uso deficiente de formas activas de silicio para la nutrición de cultivos conduce a los suelos a la degradación.
¿Cómo se incorpora este nutriente en los tejidos vegetales?
Dentro de las plantas, forma un gel mineral amorfo hidratado, de aproximadamente 2,5 micras de espesor, en las paredes celulares, espacios intercelulares y en el complejo de estomas. También refuerza el tejido epidérmico formando una doble capa cuticular protectora en las células epidérmicas de las hojas, tallos y raíces.
Para fortalecer la pared celular, el silicio forma complejos con polifenoles, aumentando la resistencia a la degradación de las enzimas que liberan hongos. Proporciona funciones de protección a niveles mecánicos, fisiológicos, químicos y bioquímicos.
ROLES DEL SILICIO FRENTE AL ESTRÉS
Además de sus ya conocidos efectos estructurales, este metaloide ayuda a las plantas a tolerar de mejor manera diversos estreses bióticos como ataque de insectos o microorganismos. Además, permite que sobrelleven los efectos del estrés biótico como salinidad, estrés hídrico, anegamiento, presencia de metales pesados, exceso de radiación, entre otros.
Las plantas toman el silicio del suelo en forma de ácido silícico, luego se convierte en ácidos polisilícicos dentro de la planta y distintas formas de polímeros y fitolitos que se depositan en estructuras vegetales para generar la protección. Su movimiento dentro de la planta se realiza mediante proteínas transportadoras específicas. Sus efectos generan beneficios a niveles morfológicos, anatómicos, fisiológicos, bioquímicos y genéticos.
Como muchos bioestimulantes, sus efectos se expresan más notoriamente en condiciones de plantas estresadas. “En general podríamos decir que casi todos los sistemas productivos están en condiciones de estrés. La gran mayoría se produce bajo condiciones de suelo o clima diferentes a sus zonas de origen”.
Una suerte de ‘teoría’ que mantiene la asesora es que, en los huertos frutales establecidos en suelos vírgenes se tiende a observar una baja o ‘estancamiento’ del crecimiento vegetativo que expresan en el séptimo u octavo año. “Ahí es cuando empiezan los altos requerimientos de bioestimulantes o intervenciones importantes. Pienso que en ese momento hay que aplicar silicio de manera exógena para tener huertos en mejores condiciones, con un mejor manejo del estrés, y que después se ve en la calidad de la fruta”.
Tejidos desarrollados con y sin aporte de silicio vía radicular. Las imágenes corresponden a bayas de uva. Foto: María Paz Rosés.
CICLO DE LOS FERTILIZANTES DE SILICIO EN LOS SUELOS
Tras la aplicación de fertilizantes en base a silicio o silicatos, estos se disuelven en el suelo y liberan ácido monosilícico (H4SiO4), que es la forma soluble y disponible para la absorción por las raíces de las plantas. La disponibilidad de este metaloide en el suelo depende de factores como el pH, la actividad microbiana del suelo y la materia orgánica, teniendo una liberación más rápida en suelos ácidos o con alta actividad biológica.
Una vez dentro de las plantas, el silicio se mueve por el xilema hacia los tejidos celulares en forma de sílice amorfa. En ese estado es capaz de fortalecer las paredes celulares y mejorar la resistencia a estreses bióticos como enfermedades y plagas, o abióticos como salinidad, sequía o metales pesados.
Respecto a su retorno posterior al suelo, puede ser a través de restos de cultivos -sobre todo gramíneas- como hojas, tallos y raíces en descomposición que liberan silicio al suelo. Otro mecanismo es mediante lixiviación del ácido monosilicílico, capaz de moverse entre el agua y el suelo y luego perderse en cuerpos de agua.
Agotamiento y recuperación del silicio
Entre las principales causas del agotamiento del silicio en los suelos se encuentran las lluvias persistentes que lavan y filtran el ácido silícico del suelo y del subsuelo, que no se retiene en la matriz del suelo. La erosión natural y mecánica también influye en su disminución, al igual que las prácticas intensivas, donde se ha determinado que, en condiciones de agricultura intensiva, se extraen entre 300 a 500 kg/Si/Ha por temporada de cultivo.
“Todo depende obviamente de las materias primas y de las mediciones, pero hay reportes que hablan que para reponer 500 kilos por hectárea, se requieren más de 10 toneladas métricas de compost”, explica Rosés. Otras fuentes como el agua de riego o la paja solo aportan un mínimo de ácido orto silicílico.
EFECTOS SOBRE EL SISTEMA RADICULAR
En términos simples, el ácido monosilícico entra a la planta y se convierte en ácido polisilícico, que luego forma microcristales de sílica amorfa, que son los que finalmente tienen un efecto sobre el crecimiento y desplazamiento de raíces por el suelo.
En otras palabras, la raíz absorbe el silicio en sus partes superficiales e intermedias, induciendo a las plantas a formar silicasas y silicateínas. Esto genera un aumento del sistema radicular hasta en un 200%, movilizando los demás minerales e incrementando de manera significativa la profundidad de acción de la rizogénesis. “El silicio promueve en forma importantísima el sistema de desarrollo radicular, hemos hecho aplicaciones y es impresionante cómo crecen las raíces”, explica la asesora.
EFECTOS SOBRE LAS PLANTAS Y CULTIVOS
Tras promover el crecimiento y desarrollo radicular, el silicio tiene un rol clave en la estructura de las plantas, ya que su principal función es la formación de las paredes de las células vegetales y el fortalecimiento de los tejidos.
Este elemento también permite obtener tejidos vegetales mejor constituidos y resistentes a la deshidratación y ataques de hongos. En contraste, los cultivos que crecen en suelos pobres en silicio soluble son más susceptibles a enfermedades y estreses ambientales.
Tejidos desarrollados con y sin aporte de silicio vía radicular. Las imágenes corresponden a hoja de palto. Foto: María Paz Rosés.
Sus beneficios también se observan en una mejor resistencia de las plantas al estrés por temperaturas extremas, ya que protege los tejidos vegetales contra la pérdida excesiva de agua por transpiración. “En esas condiciones se reduce el diámetro de los poros estomáticos y el silicio prepara a la planta para resistir de mejor manera. También previene el colapso de vasos causado por la presión en periodos de sequía”.
Otro aspecto relevante del silicio es su alta capacidad de retención y almacenamiento de agua, donde un átomo de silicio puede retener hasta 146 moléculas de agua. Según explica la especialista, se estima que alrededor del 20 a 30% del silicio en los organismos está involucrado en procesos de mantención interna de reservas de agua.
MECANISMOS DE TOLERANCIA A LA SALINIDAD
En condiciones de salinidad, el silicio mantiene baja la concentración de sodio intracelular, reduciendo su entrada y aumentando su salida. “El sodio ingresa a la raíz en forma pasiva por canales de cationes no selectivos y por otros transportadores de sodio como por los que ingresa el potasio, por lo que afecta la concentración intracelular de potasio”. En este caso el silicio disminuye la entrada de sodio a favor del potasio, lo que hace que disminuya el problema de salinidad y el estrés oxidativo inducido por salinidad.
“Bajo condiciones de estrés salino, las plantas tienden a disminuir la absorción de la mayoría de los nutrientes esenciales. Del mismo modo, ante la alta disponibilidad de metales pesados en el suelo, se produce daño radicular y disminución de la absorción de nutrientes”, explica Rosés. Respecto al daño por metales pesados, el silicio forma compuestos no asimilables por las plantas con estos elementos tóxicos, dejando disponibles otros elementos como fósforo, calcio y magnesio.
¿Qué pasa con la aplicación foliar de silicio?
Si bien la asesora subraya que los mejores efectos de este metaloide se logran tras su aplicación al suelo, su aplicación foliar funciona como barrera física frente a plagas y enfermedades. Además trae beneficios frente a factores abióticos como temperaturas extremas, sean altas o bajas, protegiendo en casos de golpes de sol y heladas. Sus efectos como barrera física se mantienen por hasta diez días y luego comienzan a disminuir su efectividad.
MECANISMOS DE REGULACIÓN DEL BALANCE HÍDRICO EN CONDICIONES DE ESCASEZ DE AGUA
Como se mencionó anteriormente, el silicio tiene incidencia en las plantas sometidas a estrés por sequía previniendo el colapso de los vasos. Además, aumenta la actividad de las acuaporinas, reduciendo las especies reactivas de oxígeno (ROS) que inhiben la actividad de estas proteínas. Es decir, la planta se desestresa y comienza a restablecer su balance hídrico interno.
Otro mecanismo que tiene el silicio es la estimulación del desarrollo radicular y el aumento de la relación raíz/copa. Junto con promover la actividad de las acuaporinas y la fuerza de conducción osmótica, esto permite aumentar la conductancia hidráulica de la raíz. “Logra que la planta siga absorbiendo y conduciendo agua para que no se nos deshidrate, por lo tanto aumenta absorción y transporte de agua, manteniendo la fotosíntesis y la reducción del estrés hídrico”.
El silicio también mantiene el potencial hídrico de las plantas induciendo cambios en la generación de lignina y suberina, lo que hace que disminuya la tasa de pérdida de agua y evapotranspiración. Asimismo, incrementa la resistencia del xilema a la pérdida de agua e induce cutículas más gruesas, reduce la conductancia estomática y pérdida de agua por la epidermis, manteniendo el potencial hídrico de las hojas.
El silicio también cumple roles como barrera mecánica, impidiendo la entrada de hongos a las plantas. Rosés explica que gracias al intercambio químico-orgánico que produce sobre las hojas, incrementa las defensas mediante fitoalexinas, peroxidasas, polifenoloxidasas y otros compuestos fenólicos.
