Nuevas tendencias en la investigación de quelatos y complejos de micronutrientes

Transcripción

1 Nuevas tendencias en la investigación de quelatos y complejos de micronutrientes Departamento Química Agrícola Grupo: Fertilizantes de micronutrientes Madrid, 15 Junio 2011

2 Corrección de deficiencias de micronutrientes en explotaciones agrícolas Importante coste económico Preocupación medioambiental Deficiencia de hierro es la más habitual: CLOROSIS FÉRRICA Deficiencias comunes: Zn y Mn (enmascaradas por los síntomas de deficiencia de hierro)

3 Proyecto: Correctores biodegradables de deficiencias de Fe, Mn y Zn. Nuevos diseños y técnicas de evaluación

4 Objetivos: Formular y evaluar nuevos quelatos de más rápida degradabilidad, estudiando además la viabilidad de quelatos mixtos de Fe, Mn y Zn Determinar los parámetros que afectan a la eficacia de complejos y quelatos metálicos como fertilizantes por vía radicular y foliar Estudiar nuevas técnicas para la evaluación de la efectividad de quelatos y complejos.

5 Objetivos analíticos (caracterizar quelatos y complejos): Espectroscopía Mössbauer HPLC Espectroscopía FTIR Fluorescencia Aspectos bioquímicos y fisiológicos (nuevas técnicas para analizar la eficacia de quelatos y complejos): FQR H + -ATPasa Análisis xilema

6 Evaluación de quelatos y complejos de Mn y Zn para ser aplicados junto con Fe López-Rayo, Sandra La deficiencia de Mn y Zn suele acompañar a la de Fe, ya que se producen en la mismas condiciones (suelos calizos, ph alcalino) Frecuentemente es necesaria la aplicación de fertilizantes de Fe, Mn y Zn que pueden tener diferente eficacia al ser aplicados de forma conjunta o por separado (debido principalmente a su estabilidad)

7 Evaluación de quelatos y complejos de Mn y Zn López-Rayo, S OBJETIVO : Estudiar las fuentes más eficaces para la fertilización de Mn y Zn al ser aplicados de forma conjunta con los quelatos de Fe más usados: EDDHA y EDTA

8 Fase I Evaluación de quelatos y complejos de Mn y Zn López-Rayo, S Modelización de la estabilidad de formulaciones de Fe, Mn y Zn mediante VMINTEQ en diferentes condiciones: disolución nutritiva, suelo y formulados para aplicación posterior Estabilidad en disolución a diferentes ph y en presencia de Ca 2+ en disolución mediante ensayos de interacción Estabilidad en condiciones de suelo calizo mediante varios ensayos de interacción de disoluciones en contacto con suelo

9 Evaluación de quelatos y complejos de Mn y Zn López-Rayo, S Ensayos de hidroponía en cámara de cultivo con plantas aplicando varios de los tratamientos estudiados anteriormente (hidroponía pura e hidroponía sobre perlita) Ensayo con soja en suelo calizo en cámara de cultivo evaluando los tratamientos más destacados en los ensayos anteriores

10 Fase II Evaluación de quelatos y complejos de Mn y Zn López-Rayo, S Estudio de la fertilización de Mn de forma individual ya que los resultados obtenidos para este micronutriente en condiciones de suelo no han resultado satisfactorios en ningún caso Intentar dar una solución efectiva para la aplicación de Mn en suelo

11 Evaluación de quelatos y complejos de Mn y Zn López-Rayo, S Revisión de los fertilizantes de Mn disponibles en el mercado, clasificándolos en función de la fuente de Mn: quelato, complejos u otras fuentes Control del contenido de productos representativos mediante análisis realizados en el laboratorio Estudio de la estabilidad de los productos en condiciones de hidroponía y suelo (evaluando diferentes niveles de interacción) mediante ensayos de interacción como los mencionados anteriormente

12 Movimiento, retención y captación de quelatos de Fe en la rizosfera empleando espectroscopía Mössbauer Carrasco, Jaime (ERA-CHEMISTRY)

13 Espectroscopía Mössbauer Carrasco, Jaime Permite observar transiciones a nivel nuclear Técnica viable cuando hay absorción resonante (sin pérdida de energía) de rayos provenientes de un núcleo emisor por un núcleo absorbente (EFECTO MÖSSBAUER) Interacciones entre núcleo y electrones (I. hiperfinas) Alteraciones por los distintos entornos químicos Núcleos son ventanas que permite observar al átomo y su entorno

14 Espectroscopía Mössbauer Carrasco, Jaime OBJETIVO : Estudiar las especiación del hierro retenido en diversos materiales edáficos

15 Espectroscopía Mössbauer Carrasco, Jaime Estudiar la estabilidad de complejos y quelatos de hierro cuando interaccionan con diferentes materiales edáficos (CaCO 3, montmorillonita, turba y ferrihidrita) en condiciones de suelo calizo Preparación de complejos de hierro usando como complejantes: gluconato, humato y varios lignosulfonatos Preparar diversos complejos y quelatos con el isótopo 57 Fe, que presenta el efecto Mössbauer

16 Espectroscopía Mössbauer Carrasco, Jaime Caracterización de las capacidades máximas de complejación Evaluación de diferentes parámetros en su síntesis: Relación complejo:fe Especies: Fe 2 SO 4 (Fe 2+ ), FeCl 3 (Fe 3+ ) phs Liofilización de compuestos sintetizados

17 Espectroscopía Mössbauer Carrasco, Jaime Materiales edáficos liofilizados tras la interacción y extracción correspondiente son evaluados para analizar el elemento retenido Colaboración con Hungría donde analizan el contenido en hierro mediante espectroscopía Mössbauer (especiación del hierro y entorno químico de las especies) Medida del elemento soluble en AA

18 Estudio de la eficacia de fertilizantes formulados con agentes complejantes y agentes quelantes con aplicación foliar Yunta, Felipe La eficacia de dichos compuestos se mide a través de dos parámetros: Mediante la utilización de complejos y quelatos constituidos con metales marcados isotópicamente ( 59 Fe y 67 Zn) Mediante estudios de translocación para evaluar la tasa de penetración del fertilizante

19 Eficacia fertilizantes Yunta, Felipe Estudios de translocación para evaluar la tasa de penetración del fertilizante Ensayos de campo en La Rioja Campañas 2008, 2009, 2010 y seguir 2011 La tasa de translocación se determina midiendo estado nutricional en hojas no tratadas

20 Eficacia fertilizantes Yunta, Felipe Mediante la utilización de complejos y quelatos constituidos con metales marcados isotópicamente ( 59 Fe y 67 Zn) Ensayos en Invernadero de Investigación/Campo Se determina el elemento marcado en hoja nueva y en la zona de la hoja no tratada

21 Estudio de la eficacia de nuevos quelatos de hierro para la corrección de la clorosis férrica Nadal, Paloma

22 Eficacia nuevos quelatos Nadal, Paloma Comportamiento como sustrato de la enzima hierro quelato reductasa (FQR) en plantas estresadas de pepino (Estrategia I) Eficacia para aportar Fe a plantas ineficientes (soja) en condiciones de hidroponía pura y suelo calcáreo Se emplea el isotopo estable 57 Fe con el objetivo controlar el origen y la movilidad del Fe absorbido por la planta. Posteriormente el 57 Fe se mide en ICP-MS Eficacia para aportar Fe a nectarinos en condiciones de campo (Ricla, Zaragoza)

23 Reactividad de quelatos frente a materiales edáficos y suelos agrícolas Martín, Clara OBJETIVO : Estimar la eficacia de los quelatos férricos estudiados para mantener Fe en disolución ante distintos componentes edáficos y suelos agrícolas Evaluar la eficacia de un nuevo agente quelante como corrector de la clorosis férrica

24 Eficacia quelatos Martín, Clara Muestreo de hojas, tallos, raíces y flores (peso fresco y seco, mineralización) Muestreo de suelo: fracción soluble (agua) y disponible (Soltanpour y Schwab, 1977) Fe, Cu, Mn y Zn totales medidos en AA Fe quelado de la fracción soluble en HPLC 57 Fe en ICP-MS

25 Objetivos: Formular y evaluar nuevos quelatos de más rápida degradabilidad, estudiando además la viabilidad de quelatos mixtos de Fe, Mn y Zn Determinar los parámetros que afectan a la eficacia de complejos y quelatos metálicos como fertilizantes por vía radicular y foliar Estudiar nuevas técnicas para la evaluación de la efectividad de quelatos y complejos

26 Efecto de la estructura de los quelatos de Fe(III) en la actividad hierro quelato reductasa Nadal, Paloma OBJETIVO : Evaluar como afecta en la actividad FQR características de los quelatos de Fe como la estabilidad, polaridad, uniones del Fe con el agente quelante

27 Estudio de la actividad FQR frente a la absorción de Fe de plantas eficientes (pepino) y no eficientes (soja) a la deficiencia de hierro Nadal, Paloma

28 Actividad FQR Nadal, Paloma Medida de la actividad hierro quelato reductasa (FQR) Se emplea Na-BPDS como agente quelante del Fe 2+ reducido por la planta El complejo se mide en el espectrofotómetro Estudio de la absorción de Fe Se emplea quelatos formados con el isotopo estable 57 Fe Se extrae el xilema donde se cuantifica la cantidad de 57 Fe absorbido por la planta mediante ICP-MS Se analiza el 57 Fe en raíz, tallo y hoja

29 Medida de la actividad FQR y la absorción de Fe de distintas variedades de plantas de soja Nadal, Paloma

30 Actividad FQR y absorción Nadal, Paloma OBJETIVOS : Evaluar la relación que existe entre la resistencia a la clorosis férrica que presentan las distintas variedades y su actividad FQR cuando distintas fuentes de Fe son empleados como sustrato de la enzima así como su capacidad de absorción del Fe una vez Estudio de la secreción de flavinas por las raíces de distintas variedades de soja con deficiencia de hierro Estudio de distintos aspectos bioquímicos y fisiológicos de las plantas relacionados con la deficiencia de hierro y que pueden ser de utilidad a la hora de estudiar la eficacia de nuevos productos en la corrección de la clorosis férrica. (H + -ATPasa, PEP carboxilasa )

31 Efecto del Silicio en la tolerancia a la clorosis férrica Gonzalo, Mª José OBJETIVO : Determinar la eficacia de la acción conjunta de fortificantes con quelatos o complejos Analizar el efecto del Silicio en plantas sometidas a deficiencia de hierro

32 Efecto silicio Gonzalo, Mª José Cultivo hidropónico de plantas de soja en deficiencia parcial de hierro (5µM Fe-EDTA) Tres tratamientos de Si (0.0mM Si, 0.1mM Si and 1.0mM Si). SPAD (contenido en clorofila) Silicio soluble: Método Azul de Molibdeno Espectrofotómetro 0.0mM 0.05 mm 0.1 mm 0.5 mm 1 mm

33 Efecto silicio Gonzalo, Mª José Silicio total por ICP-MS Fe, Cu, Mn y Zn por AA Resultados no concluyentes Nuevas fuentes de hierro Diferentes concentraciones de silicio

34 Miembros del grupo: Juan José Lucena Agustín Garate Lourdes Hernández-Apaolaza María José Gonzalo Sandra López Paloma Nadal Jaime Carrasco Clara Martín Virginia Echeverría Felipe Yunta Sheila Santos Elena Formaux Daniel Ordinnana Álvaro Romero