1ENERO-MARZO 2010

53 AVENTURAS DEL PENSAMIENTO

UTILIZACIÓN DE QUELATOSEN LA AGRICULTURA

ELOÍSA PEREA, DÁMARIS OJEDA, ADRIANA HERNÁNDEZ, TERESITA RUIZ y JAIME MARTÍNEZFacultad de Ciencias Agrotecnológicas/Universidad Autónoma de Chihuahua

En la actualidad, los quelatosatraen poderosamente la atencióndebido a que son una excelente alter-nativa para adicionar metales de mane-ra edáfica y foliar las plantas. Pueden seraplicados teniendo siempre presentes las si-guientes consideraciones: 1) incrementar la solubi-lización del metal, fierro (Fe), zinc (Zn), manganeso(Mn); 2) transportarlo hacia la raíz y/o hoja de la plan-ta; 3) una vez ahí, ceder el metal (Fe, Zn, Mn), y, 4) laparte orgánica del quelato debe volver a solubilizar

AVENTURASDEL PENSAMIENTO

RIC

AR

DO

SA

NTO

S: T

ang

Soo.

más metal (Fe, Zn, Mn) (Nowack, 2002).El término quelato (en inglés chelate) se deriva

de la palabra griega chela, pinza, porque el anillo quese forma entre el quelante y el metal es similar en apa-riencia a los brazos de un cangrejo con el metal ensus pinzas (Álvarez-Fernández et al., 2003).

2 ENERO-MARZO 2010

53AVENTURAS DEL PENSAMIENTO

Un quelato es un compuesto químico en el queuna molécula orgánica rodea y se enlaza por variospuntos a un ion metálico, de manera que lo protegede cualquier acción desde el exterior evitando suhidrólisis y precipitación. Por tanto, químicamentehablando, los quelatos son moléculas muy estables(Cadahia, 2005).

El proceso de quelatación es la habilidad de uncompuesto químico para formar una estructura enanillo con un ion metálico resultando en un compuestocon propiedades químicas diferentes a las del metaloriginal. El quelante impide que el metal siga sus re-acciones químicas normales (Knepper, 2003).

Los iones metálicos existen en solución en unaforma altamente hidratada, esto es, rodeados pormoléculas de agua, como los iones de Cu+2, que es-tán hidratados con cuatro moléculas de agua (Shenkery Chen, 2005). Al reemplazo de estas moléculas deagua por una molécula de un agente quelante for-mando una estructura compleja en anillo se le llamaquelatación, y a la molécula que remplaza el agua sele llama ligando (Cadahia, 2005). Estos agentes pue-den ser el ácido cítrico, el ácido málico, el ácidotartárico, el ácido glucónico, el ácido láctico, el áci-do acético, el ácido nitrilo-tri-acético (NTA), el áci-do etilen-diamino-tetra-acético (EDTA), ácido tri-poli-fosfórico (TPPA); el ácido dietilen-triamino-pentaacético (DTPA); el ácido etilen-diamino di-orto-hidroxi-fenil-acético (EDDHA); el ácido etilen-diamino di-orto-hidroxi-para-metil-fenil-acético(EDDHMA), y el ácido etilen-diamino di-2-hidroxi-4-carboxi-fenil-acético (EDDCHA). Hay muchosotros ligandos, pero los mencionados son los másimportantes, siendo el EDTA, DTPA, EDDCHA,EDDHAM y el EDDHA los agentes quelantes quepueden ser usados en la agricultura (Álvarez-Fernández et al., 2003). Muchos otros compuestosquímicos como los ácidos húmicos, los ácidoslignosulfónicos, los poliflavonoides, algunos aminoá-cidos, algunos polisacáridos y algunos polialcoholestienen propiedades quelantes.

La quelatación puede dar como resultado uncompuesto que sea soluble o insoluble en agua. Laformación de quelatos estables solubles en agua sellama secuestración. Los términos quelatación ysecuestración están relacionados pero no son idén-ticos (Vasconcelos et al., 2006).

De todo ello dependerá la eficacia del quelato pararesistir factores adversos como el pH alto, bicarbonatos,competencia por otros metales y degradación de lamolécula orgánica (Vasconcelos et al., 2006).

La fortaleza de los quelantes o ligandos se puedeclasificar de acuerdo con sus constantes de disocia-ción. En el cuadro 1 se muestran los ligandos en ordendescendente de sus constantes de disociación.

Cuadro 1. Ligandos mostrados según suconstante de disociación en orden descendente.

Lucena et al., 2004.

En muchas aplicaciones no es recomendable usarun agente quelatante fuerte, por ejemplo, en las aplica-ciones foliares de quelatos (García-Marco et al., 2006).En estas, los agentes quelantes deben ser altamentefitocompatibles, es decir, no deben causar ningún des-arreglo de los sistemas enzimáticos de las plantas(Nowack, 2002). Con frecuencia se han observadodaños consistentes en manchas de color café en las ho-jas de las rosas y manchas de color púrpura en las ho-jas del clavel, asociadas a las aspersiones foliares cuan-do contienen agentes quelantes demasiado fuertes (Can-tera et al., 2002).

En el aspecto nutritivo, ya sea foliar o edáficamente,los quelatos resultan muy eficientes para corregir defi-ciencias o necesidades de la planta. Es por ello que sedeben quelatar los elementos (Ammann, 2002). Elquelato aplicado al suelo se usa para evitar que el ele-mento se precipite o sea más asimilable para la planta,o para agregar una dosis muy grande del elemento sinque sea fitotóxico. Como se muestra en el cuadro 2, suuso vía foliar pretende que no se precipite en el medioextracelular o sirve para agregar una dosis relativamen-te grande sin que sea fitotóxico (Larbi et al., 2003).

Quelato

EDTADTPANTA

TPPAAcido glucónico

Acido cítricoAcido tartáricoAcido málicoAcido lácticoAcido acético

Constante de disociación

Muy fuerteMuy fuerte

FuerteMedioMedio

MedioMedioDébilDébilDébil

3ENERO-MARZO 2010

53 AVENTURAS DEL PENSAMIENTO

Cuadro 2. Importancia relativa (escala de 0 a10)de la quelatación para la nutrición vegetal

por vía edáfica y foliar.

Lucena et al., 2004.

Quelatación del fierroLa deficiencia de fierro (Fe), caracterizada por lafalta de clorofila (clorosis), es un problema amplio ymundial en suelos calcáreos, así como sobre encala-dos. Se encuentra tanto en monocotiledóneas (prin-cipalmente pastos) como en dicotiledóneas, y es es-pecialmente severa en las rosáceas (Hansen et al.,2006).

Debido a la insolubilidad de los compuestos quese forman cuando este elemento se pone al suelo enforma de sales simples, es necesario agregarlo enforma de quelatos (Hansen et al., 2006).

Cuando una sal de Fe, cualquiera que sea, seencuentra en contacto con el oxígeno del aire, tiendea oxidarse a Fe+3, y al contacto con un medio de pHneutro tiende a precipitarse como hidróxido férricoextremadamente insoluble (Korcak, 1987; Mengely Geurtzen, 1988).

Quelatación del manganesoPara que el manganeso (Mn) pueda ser absorbidopor las raíces de las plantas, estas deben encontrar-lo como Mn+2 o como quelato de Mn. Al pH preva-leciente en la generalidad de los suelos (5.5 - 6.5), lamayor parte del Mn se encuentra como MnO2 inso-luble. Este debe ser reducido y convertido a formassolubles previamente a su asimilación; la asimilaciónde este elemento es relativamente más fácil para lasplantas que la del fierro (Wilkins, 1984).

Quelatación del cobreSegún Marschner (1986), el cobre (Cu) divalente,Cu+2, se liga fuertemente con los ácidos húmicos yfúlvicos, formando complejos con la materia orgánica.(Lucena, 2006). En la solución del suelo hasta el 98%del Cu se encuentra generalmente quelatado por com-puestos orgánicos de bajo peso molecular (Hogdsonet al., 1967). Entre estos compuestos se encuentranaminoácidos y ácidos fenólicos, así como ácidospolihidroxicarboxílicos.

En solución acuosa, el ion Cu es absorbido másrápidamente que el Cu quelatado por agentes como elEDTA (Blair et al., 1979) o el DTPA.

Quelatación del zincLa concentración de zinc (Zn) en el suelo depende dela composición del material parental y de la mineralogíadel suelo, especialmente de la concentración de cuar-zo. Solamente una pequeña fracción del Zn está enforma intercambiable o soluble. Cerca de la mitad delZn disuelto está presente como catión Zn hidratado(Hansen et al., 2006). La fracción soluble como catióndivalente hidratado está inmediatamente disponible paralas plantas. Casi nunca se ha encontrado un suelo me-dianamente provisto de Zn que tenga Zn soluble enácido cítrico y que presente dificultad a las plantas paraadquirir este elemento (Cadahia, 2005).

Quelatación del calcioEl calcio (Ca) es un elemento que normalmente es ab-sorbido por las plantas como Ca+2. Una de sus carac-terísticas especiales es que el Ca es un elemento notóxico aun a concentraciones muy altas, y además esmuy efectivo en la detoxificación de altas concentra-ciones de otros elementos en las plantas (Vasconceloset al., 2006).

Las sales de Ca solubles, como el nitrato y el sulfato,son en general más económicas que los quelatos, deahí que difícilmente se justifique la aplicación de unquelato de Ca por vía edáfica (Lucas y Knezek, 1972).

En las hojas de las plantas que reciben altos nive-les de Ca+2 durante el crecimiento, o que se cultivanbajo condiciones de alta intensidad luminosa, una granproporción del material péctico aparece como pectatode Ca (Ammann, 2002). Este material hace el tejidoaltamente resistente a la degradación por lapoligalacturonasa; una alta proporción de pectato de

Uso edáfico

Para que el elemento nose precipite en el suelo.

Para que el elemento seamás asimilable por laplanta.

Para poder agregar unadosis más grande sinque sea fitotóxico.

Uso foliarPara poder agregar una

dosis relativamentegrande sin que seafitotóxico.

Para que no se precipiteen el medio extracelular

Ca

2

1

0

0

0

Mg

2

1

0

0

0

Fe

10

8

4

8

8

Mn

6

4

4

4

6

Cu

8

8

3

3

3

Zn

6

6

4

4

2

B

0

0

0

0

0

4 ENERO-MARZO 2010

53AVENTURAS DEL PENSAMIENTO

Ca en las paredes de las células determina alta resis-tencia de los tejidos a infecciones fungosas, así comoa la maduración prematura de los frutos (Azcon-Bieto,2000).

Aunque se recomienda el nitrato y el cloruro deCa para uso foliar, en algunos tejidos muy sensibles alas sales estos productos pueden causar quemaduras(Azcon-Bieto, 2000). En tales casos es preferible eluso de quelatos o sales orgánicas de Ca como elacetato y el lactato de Ca, en las cuales el radicalácido es de muy baja toxicidad y 100% fitocompatible(Cadahia, 2005).

Quelatación del magnesioEl magnesio (Mg) es absorbido por las raíces de lasplantas principalmente como Mg+2, el cual se encuen-tra en el suelo en forma de sales solubles como elsulfato, el nitrato y el cloruro (Hansen et al., 2006).No se han tenido reportes de la necesidad de que elMg deba estar quelatado para que pueda ser absor-bido por las raíces de las plantas o que la quelataciónmejore su absorción (Lucena, 2006).

Los micronutrientes quelatados son generalmen-te la fuente más efectiva de elementos (Mortvedt,1979). Entre los diversos agentes quelantes, el ácidocítrico es un hidroxi-ácido tricarboxílico orgánico queforma quelatos estables, asimilables y fitocompatiblescon la mayoría de los cationes metálicos (Cadahia,2005). El ácido cítrico ha sido usado para la quela-tación efectiva de Mg, Ca, Zn, Mn, Fe, Cu, Mo, Coy otros metales (Larbi et al., 2003). La importanciaprimaria de los quelatos metálicos solubles en el sue-lo se debe a su capacidad de incrementar la solubilidadde los cationes metálicos agregados (Shenker y Chen,2005). Como consecuencia, la movilidad de estosmetales se incrementa, tanto por difusión como pormovimiento de masa, aumentando así la disponibili-dad del metal para las raíces de las plantas (Shenkery Chen, 2005).

Garrels y Christ (1965) demostraron que los áci-dos orgánicos eran los responsables de mantener elFe soluble dentro de las plantas. Bobtelsky y Jordan(1945) establecieron que el ión citrato era el com-puesto más importante involucrado en mantener el Femóvil en las plantas; también establecieron que elcitrato de Fe es el compuesto fisiológicamente másimportante translocado en las especies cultivadas.

Con respecto a la quelatación del Cu, García-Marco et al. (2005) demostraron que el citrato tieneventajas sobre el EDTA en suelos altos en Ca y Mgdebido a la inferior afinidad del citrato por estosnutrientes.

Existen informes de los quelatos existentes, EDTA,HEDTA y DTPA, que complejan más adecuadamenteZn y Mn (Knepper et al., 2005). En el caso del Zn-EDTA, se puede utilizar en disolución y sustratos conpH mayor de 6 y menor de 7.5; no se debe mezclarcon cantidades elevadas de Fe y Mn (no quelatado),Ca y P; también se puede utilizar por vía foliar. En elcaso del Zn-DTPA, este se puede utilizar en disolu-ción y sustratos con pH mayor de 6 y menor de 8; nose debe mezclar con cantidades elevadas de Fe y Mn(no quelatado), Ca y P (Lucena, 2006). Es recomen-dable el uso conjunto de quelatos de Zn con salesinorgánicas como sulfato, en proporciones iguales(Azcon-Bieto, 2000). El quelato utilizado deberá con-tener al menos un 4% quelatado del metal corres-pondiente (Cadahia, 2005).

Aplicaciones foliaresSe puede recurrir a la aplicación foliar de nutrientesen algunas de las siguientes situaciones: 1) cuando esnecesario un efecto muy rápido de los nutrientes; 2)cuando hay limitaciones en el suelo y radiculares parala absorción de nutrientes, y 3) cuando las cantidadesson tan pequeñas que se pueden aplicar eficientementevía foliar (Azcon-Bieto, 2000).

Las aplicaciones foliares de micronutrientes de-berán siempre ir acompañadas de un surfactante queayude a penetrar el producto al interior de las hojas(Wood, 2002).

Las frecuencias de aplicación oscilan desde unasemana hasta un trimestre; en algunos casos muy crí-ticos pueden recomendarse hasta dos aplicaciones se-manales (Ojeda et al., 2003). El éxito de una aplica-ción foliar radica en el menor número posible de apli-caciones que logren suplir la necesidad de un elementoen particular (Wood, 2002).

Aplicaciones edáficasMuchas veces se recurre a la aplicación edáfica dequelatos para que la planta pueda tomarlos perma-nentemente por el sistema radicular. Tal es la vía nor-mal de nutrición de las plantas y, en la gran mayoría

5ENERO-MARZO 2010

53

S

AVENTURAS DEL PENSAMIENTO

de los casos, esta puede tomarlos eficientemente cuan-do se presentan en forma de quelatos (Fernández etal., 2006). Para la nutrición adecuada de las plantases necesario tener en cuenta que generalmente con-centran los elementos encontrados en la solución delsuelo por un factor de entre 100 a 1 y 200 a 1. Estefactor depende de la evapotranspiración y de otrosfactores fisiológicos (Salisbury, 1991).

ConclusionesLa eficacia de un quelato dependerá de la capacidadque tenga de incrementar la solubilización del metal ytransportarlo hacia la raíz u hoja de la planta, ademásde ceder el metal (Fe, Zn, Mn) y de resistir a los fac-tores contrarios como el alto pH, bicarbonato, com-petencia por otros metales, adsorción sobre los ma-teriales del suelo y resistencia a la degradación de lamolécula orgánica.

Se puede decir que la mayoría de los elementosnutricionales se mantienen en mejor solución cuandoestán quelatados que cuando están presentes comosales simples, además de que los quelatos sintéticosson una alternativa viable en la corrección de clorosis,sobre todo si es causada por la carencia de micro-nutrientes por condiciones presentes en el suelo.

Literatura citadaÁLVAREZ-FERNÁNDEZ, A.; PANIAGUA, P.; ABADÍA, J. y ABADÍA, A.: “Effects of

Fe Deficiency Chlorosis on Yield and Fruit Quality in Peach (Prunuspersica L. Batsch)”, J. Agric. Food. Chem ., 51, 2003, pp. 5738-5844.

AMMANN, A. A.: “Speciation of Heavy Metals in Environmental Waterby Ion Chromatography Coupled to ICPM-MS”, Anal. Bioanal.Chem., 2002, pp. 448-452.

ÁZCON- BIETO: Fundamentos de Fisiología Vegetal, McGraw-HillInteramericana, España, 2000, pp. 238-246.

BLAIR, Gary T.; ZIENTY, Mitchell F.: Citric Acid: Properties and Reactions,Citro-tech Division, Miles Laboratories, Inc., Elkhart, Indiana, 1979.

BOBTELSKY, M. y JORDAN, J.: “The metallic complexes of tartrates andcitrates, their structure and behavior in dilute solutions”, J. Amer.Chem. Soc., 67, 1945, pp. 1824.

CADAHIA, C.: Fertirrigación / Cultivos hortícolas, frutales y ornamen-tales, Ediciones Mundi-prensa, España, 2005, pp. 33-46.

CANTERA, R. G.; ZAMARREÑO, A. M. y GARCÍA-MINA, J. M.: “Characterizationof Commercial Iron Chelates and their Behavior in an Alkaline andCalcareous Soil”, J. Agric. Food Chem., 2002, 50, pp. 7609-7615.

FERNÁNDEZ, V.; DEL RÍO, V.; ABADÍA, J y ABADÍA, A.: “ Foliar IronFertilization of Peach (Prunus persica (L.) Batsch) with DifferentIron Formulations: Effects on Re-greening, Iron Concentrationand Mineral Composition in Treated and Untreated Leaf Surfaces”,Sci. Hortic., 2006, 117 (3), pp. 241-248.

GARCÍA-MARCO, S.; CREMONINI, M. A.; ESTEBAN, P.; YUNTA, F.; HERNANDEZ-APAOLAZA, L.; PLACUCCI, G. y LUCENA, J. J.: “Gradient Ion-PairChromatographic Method for the Determination of Iron N,N`-Ethylenediamine-di-(2-Hydroxy-5-Sulfophenilacetate) by HighPerformance Liquid Chromatography-Atmospheric Pressure

Ionization Electrospray Mass Spectrometry”, J. Chromatogr. A.,2005, 1064, pp. 67-74.

GARCÍA-MARCO, S.; T ORREBLANCA, A. y LUCENA, J. J.: “ChromatographicDetermination of Fe Chelated by Ethylenediamine-N-( O-Hydroxyphenylacetic)-N´-(p-Hydroxyphenylacetic) Acid inCommercial EDDHA/Fe3+ Fertilizers”, J. Agric. Food Chem , 54,2006, pp. 1380-1386.

GARRELS, Robert M. y CHRIST, Charles L: Solutions / Minerals andEquilibria , Harper & Row and John Weatherhill, Inc., Tokio, 1965.

HANSEN, N. C.; HOPKINS, B. G.; ELLSWORTH, J. W. y JOLLEY, V. D.: “IronNutrition in Field Crops”, en BARTON, L. L. y ABADÍA, J. (eds.): IronNutrition in Plants and Rizhospheric Microorganisms, Springer,Dordrecht, The Netherlands, 2006, pp. 23-59.

HODGSON, J.F.; LINDSAY, W.L. y KEMPER, W. D.: “Contribution of FixedCharge and Mobile Complexing Agents to The Diffusion of Zinc”,Soil. Sci. Soc. of Amer. Proc., 31, 1967, pp. 410-413.

KNEPPER, T. P.: “Synthetic Chelating Agents and Compounds ExhibitingComplexing Properties in the Aquatic Environment”, Trac-TrendsAnal. Chem ., 22, 2003, pp. 708-724.

—————; WERNER, A. y BOGENSCHUTZ, G.: “Determination of SyntheticChelating Agents in Surface and Waste Water by IonChromatography-Mass Spectrometry”, J. Chromatogr. , 1085, A2005, pp. 240-246.

KORCAK, R. F.: “Iron Deficiency Chlorosis”, Horticultural Reviews, 9,1987, pp. 135-186.

LARBI, A.; MORALES, F.; ABADÍA, J. y ABADÍA, A.: “Effects of Branch SolidFe Sulphate in Plants on Xylem Sap Composition in Field-GrownPeach and Pear: Changes in Fe, Organic Anions and pH”, J. PlantPhysiol, 160, 2003, pp. 1473-1481.

LUCAS, E.L. y KNEZEK, B.D.: “Climatic and Soil Conditions PromotingMicronutrient Deficiencies in Plants”, en Micronutrients inAgriculture, Soil Sci. Soc. Amer., Madison, WI, pp. 265.

LUCENA, J.J.; GARCÍA-MARCO S.; YUNTA, F; HERNÁNDEZ-APAOLAZA, L. y NA-VARRO-RODRÍGUEZ, T.: “Theoretical Modelization and Reactivity ofthe Iron Chelates in Agronomic Conditions”, en VAN BRIESEN, J.M. yNOWACK, B. (eds.): Biogeochemistry of chelating agents, AmericanChemical Society, Nueva York, 2004, pp. 348-365.

LUCENA, J. J.: “Synthetic Iron Chelates to Correct Iron Deficiency inPlants”, en BARTON, L. L. y ABADÍA, J. (eds.): Iron Nutrition in Plantsand Rizhospheric Microorganisms, Springer, Dordrecht, TheNetherlands, 2006, pp. 103-128.

MARSCHNER , Horst: Mineral Nutrition of Higher Plants, Institute ofPlant Nutrition, University of Hohenheim, Academic Press, Inc.,Londres, 1986.

MENGEL, K. y GEURTZEN, G.: “Relationship Between Iron Chlorosis andAlkalinity in Zea Mays, Phisiologia Plantarum , 72, 1988, pp.460-465.

MORTVELDT, J. J.: Micronutrient Technology and use in the UnitedStates, presentado durante el India/FAO/Norway Seminar onMicronutrients in Agriculture, Nueva Delhi, sept. 17-21, 1979.

NOWACK, B.: “Environmental Chemistry of AminopolycarboxylateChelating Agents”, Environ. Sci. Technol., 36, 2002, pp. 4009-4016.

OJEDA, D. L.; REYES, A.; RAMÍREZ, H.; LAGARDA, A.; CHÁVEZ, F-J.; UVALLE, J.X.; RIVERO, R. M. y ROMERO, L.: Uso eficiente de la fertilizaciónnitrogenada en el cultivo del nogal pecaner Carya illinoensis(Wangenh) K. Koch, Granada, España, 2003.

SALISBURY, Frank B.; ROSS, Cleon F.: Plant Physiology, WadsworthPublishing Company, Belmont, California, 1991.

SHENKER, M. y CHEN, Y.: “Increasing Iron Availability to Crops: Fertilizers,Organo-Fertilizers, and Biological Approaches”, Soil Sci. Plant Nutr. ,51, 2005, pp. 1-17.

VASCONCELOS, M. y GRUSAK, M. A.: “Status and future DevelopmentsInvolving Plant Iron in Animal and Human Nutrition”, en BARTON,L. L. y ABADÍA, J. (eds): Iron Nutrition in Plants and RhizosphericMicroorganisms, Springer, Dordrecht, The Netherlands, 2006; pp.1-22.

WOOD, B. W.: Late Nitrogen Fertilization in Pecan Orchards/A Review,en Proceedings 36th, Western Pecan Conference, 2002.