Texto escrito en 2025.

Funciones del agua en la planta

En la producción agrícola es crucial entender la dinámica del agua para optimizar su uso y mejorar la resistencia de los cultivos ante el estrés hídrico. El agua representa entre el 80% y 90% del peso fresco de la mayoría de las plantas; entre sus principales funciones en la planta tenemos:

1. Mantiene la turgencia celular, es decir, la presión que ejerce el agua contra las paredes celulares. Esta presión permite a las plantas mantenerse erguidas y realizar funciones como la expansión celular y el crecimiento.

2. Transporte de sustancias nutritivas; la savia elaborada es un medio acuoso, y el agua permite la movilidad de hormonas, azúcares, minerales y otros compuestos a través del floema, que es un tejido vascular que distribuye los productos de la fotosíntesis desde las hojas hasta otras partes de la planta.

3. Facilitación de reacciones bioquímicas: muchas reacciones metabólicas ocurren en un medio acuoso dentro de la célula.

4. Fotosíntesis; el agua es un reactivo esencial en la fotosíntesis. Durante la fotosíntesis, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno, liberando este último a la atmósfera. Sin agua, este proceso no podría ocurrir, y las plantas no podrían producir los azúcares que necesitan para crecer y desarrollarse.

Además, existe un proceso muy importante llamado transpiración; es el proceso mediante el cual el agua absorbida por las raíces asciende a través del xilema y se pierde en forma de vapor por los estomas de las hojas.

Se estima que entre el 95% y el 99% del agua que entra a la planta no se usa directamente en el metabolismo, sino que atraviesa la planta y se libera al ambiente. Este mecanismo es esencial para la planta, pues cumple algunas funciones vitales:

Transporte y absorción de nutrientes: Los 17 minerales esenciales se disuelven en el agua y gracias a la transpiración se produce su absorción por las raíces y su distribución a través del xilema hasta las hojas.

Termoregulación: La evaporación del agua en las hojas a través de los estomas es un proceso que absorbe calor y genera un efecto de enfriamiento, evitando que la temperatura de la planta se eleve demasiado y afecte a otros procesos. Este proceso es especialmente importante en climas cálidos, donde las plantas están expuestas a altas temperaturas.

Los estomas son poros microscópicos ubicados principalmente en la epidermis de las hojas que regulan la entrada de dióxido de carbono (CO₂) y la salida de vapor de agua. Cuando hay suficiente agua, las células guarda de los estomas se hinchan con agua (turgencia) y los estomas se abren formando una ventana llamada ostiolo que permite la entrada de CO₂ y la transpiración. Los estomas suelen abrirse con la luz del día para permitir la fotosíntesis, pero pueden cerrarse en condiciones de calor extremo para evitar la deshidratación. La apertura y cierre de los estomas es un proceso altamente regulado que depende de factores como la luz, la nutrición, la humedad, el viento y la concentración de CO2.

Si la planta pierde demasiada agua, los estomas se cierran debido a la poca turgencia de las células guarda, este es un mecanismo para evitar la deshidratación, sin embargo, cuando esto ocurre se reduce la captación de CO₂, lo que limita la fotosíntesis y el crecimiento. El balance entre transpiración y fotosíntesis es crítico para la eficiencia en el uso del agua en los cultivos.

La crisis hídrica

En los últimos años, la disponibilidad de agua se ha visto gravemente afectada por el cambio climático, el crecimiento poblacional y la sobreexplotación de los recursos hídricos. Según la Organización de las Naciones Unidas (ONU), más de 2,000 millones de personas viven en países con estrés hídrico, y se estima que actualmente, dos tercios de la población mundial enfrentan condiciones de escasez de agua.

Según datos de la Convención de las Naciones Unidas de Lucha contra la Desertificación (CNULD), las sequías han aumentado un 29% desde el año 2000, afectando a más de 2,300 millones de personas en todo el mundo. Se estima que para 2050, tres de cada cuatro personas podrían verse afectadas por este fenómeno.

Esta crisis no es ajena a México, donde regiones como el norte del país enfrentan sequías severas. Según datos de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA), más del 70% del territorio mexicano enfrenta algún grado de sequía. Además esa misma institución pronosticó una temporada de estiaje que se extenderá por aproximadamente seis meses, desde noviembre de 2024 hasta mayo de 2025. La situación es particularmente crítica en estados como Sinaloa, Coahuila, Nuevo León o Chihuahua con 16 municipios en sequía excepcional y 37 en sequía extrema, lo mismo que Sonora con 40 municipios bajo sequía extrema. Las presas La Boquilla, Cerro Prieto y El Novillo han alcanzado niveles históricamente bajos.

Según la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural (SADER), la falta de agua ha llevado a la pérdida de miles de hectáreas de cultivos; esto no solo afecta la seguridad alimentaria, sino también la economía de millones de familias que dependen de la agricultura. Aunque el centro y sur del país han mostrado mejoras en sus niveles de humedad, el norte continúa enfrentando condiciones críticas.

Estrategias nutricionales para mitigar el estrés hídrico en los cultivos

Aunque nada puede sustituir completamente la falta de agua, existen estrategias nutricionales y fisiológicas que pueden ayudar a las plantas a mitigar sus efectos negativos pues una adecuada gestión de nutrientes puede ayudar a las plantas a resistir mejor los periodos de sequía.

El reto fisiológico que enfrentan las plantas bajo sequía es encontrar un equilibrio entre mantener los estomas abiertos para la captación de CO₂ y la fotosíntesis, y cerrarlos para evitar la pérdida excesiva de agua. El calcio, el potasio y el azufre desempeñan roles clave en la respuesta de las plantas al estrés hídrico, modulando la señalización celular, la regulación osmótica y la eficiencia del cierre estomático. Integrar estos elementos en los programas de fertilización puede marcar la diferencia en la resiliencia de los cultivos ante la escasez de agua.

El calcio es un mensajero clave en la señalización del estrés hídrico. Actúa como un mensajero secundario en la señalización celular. Durante el estrés hídrico, las plantas activan una serie de respuestas fisiológicas para adaptarse a la falta de agua, y el calcio juega un papel central en este proceso. La calmodulina, una proteína que se une al calcio, es fundamental en la transducción de señales. Cuando las plantas detectan estrés hídrico, los niveles de calcio intracelular aumentan, activando la calmodulina y desencadenando una cascada de respuestas que incluyen la regulación de la apertura estomática y la síntesis de proteínas protectoras. Este mecanismo ayuda a las plantas a mantener la homeostasis celular y a reducir la pérdida de agua por transpiración. Un suministro adecuado de calcio fortalece la integridad de las membranas celulares y ayuda a prevenir la fuga de solutos bajo condiciones de estrés. La deficiencia de calcio puede comprometer la capacidad de la planta para percibir y responder eficientemente a la sequía.

El azufre es otro nutriente esencial que ha ganado atención reciente por su papel en la respuesta al estrés hídrico. Un estudio realizado por Franziska Malcheska en el Instituto de Fisiología Vegetal de la Universidad de Bayreuth, Alemania ha demostrado que el azufre en el xilema actúa como una señal química que induce el cierre de los estomas en condiciones de sequía. Este proceso está estrechamente relacionado con la acción del ácido abscísico (ABA), una hormona clave en la respuesta al estrés hídrico. En condiciones de déficit hídrico, las raíces aumentan la concentración de sulfato en el xilema, lo que activa canales de aniones en las células guarda de los estomas, este mecanismo promueve la liberación de iones y la pérdida de turgencia, lo que resulta en el cierre estomático. Además, el sulfato también induce la expresión de genes relacionados con la síntesis de ABA en las células guarda, reforzando la respuesta de cierre estomático. Este descubrimiento resalta la importancia de una nutrición adecuada en azufre para mejorar la tolerancia al estrés hídrico, ya que actúa como una señal molecular que modula la respuesta al estrés. El azufre es un "gatillo temprano" del cierre estomático, optimizando el uso del agua en las plantas.

El potasio es esencial para la osmoregulación celular y el mantenimiento del potencial hídrico en las plantas. Durante el estrés hídrico, el potasio ayuda a las células a mantener su turgencia, lo que es crucial para procesos como la expansión celular y la apertura estomática. Sin embargo, en condiciones de sequía extrema, las plantas deben equilibrar la necesidad de mantener la fotosíntesis con la de evitar la deshidratación. Aquí es donde entra en juego el papel dual del potasio: por un lado, es necesario para la apertura estomática y la captación de CO2, pero por otro, su redistribución puede favorecer el cierre estomático para reducir la pérdida de agua. Una nutrición adecuada en potasio es, por tanto, fundamental para que las plantas puedan modular eficientemente la apertura y cierre de los estomas en respuesta a las condiciones ambientales. Bajo condiciones de estrés hídrico, una deficiencia de potasio puede aumentar la susceptibilidad de las plantas al marchitamiento, mientras que un adecuado suministro permite una mejor regulación osmótica y eficiencia en el uso del agua.

Es importante recordar que ninguna estrategia puede sustituir completamente la falta de agua. El estrés hídrico es un desafío multifacético que requiere un enfoque integral; no se debe depender exclusivamente de una estrategia, sino de un enfoque integral que combine una nutrición balanceada, uso de bioestimulantes como prolina y glicina betaína, tecnologías de retención de agua en el suelo y un manejo eficiente del riego.