La importancia de la Glicina-Betaína en la agricultura

29 octubre, 2021/en Académico, Productos/por arvensisagro

La glicina-betaína, también llamada trimetilglicina es aminoácido natural con una estructura muy característica: Se trata de un zwitterión (un ion con cargas formales tanto positiva como negativa por lo que es eléctricamente neutro) compuesto por un carboxilato (carga negativa) y un amonio cuaternario (positiva).

Glicina-Betaína natural extraída de remolacha.

Este grupo amonio cuaternario es la principal diferencia con respecto a los aminoácidos proteinogénicos (glicina, alanina, lisina…). Al estar unido el átomo de nitrógeno a 4 sustituyentes, ninguno de los cuales es un protón, se encuentra permanente cargado positivamente, independientemente del pH del medio. En el caso de los aminoácidos proteinogénicos, el grupo amino tiene propiedades ácido-base, esta protonado, y por tanto con carga, a pH neutro y ácido, y desprotonado a pH alcalino. Asimismo, el grupo carboxilo de la glicina-betaína presenta una acidez elevada (pK_a= 1,8), por lo que se encuentra ionizado salvo a valores de pH muy bajos. Tan peculiar es la estructura de la glicina-betaína que da nombre a un grupo de sustancias llamadas, precisamente, betaínas con múltiples aplicaciones, como por ejemplo surfactantes anfóteros.

La glicina-betaína recibe su nombre de la remolacha, Beta vulgaris, planta en la cual es especialmente abundante. Este aminoácido tiene una importante función osmoprotectora en vegetales. Se acumula en el citoplasma celular, equilibrando la presión osmótica con respecto al exterior de la célula u orgánulos con alta concentración de solutos (como por ejemplo las vacuolas), y de esa manera reduce la pérdida de agua^[1]. Esta función es especialmente importante en plantas que viven en lugar con elevada salinidad o que se encuentran en situaciones de estrés hídrico. La función osmoprotectora de la glicina-betaína es posible gracias a que no inhibe las enzimas vegetales, pudiéndose acumular en concentraciones elevadas en el citoplasma celular sin causar fitotoxicidad^[2]. De hecho, ayuda a estabilizar proteínas de vital importancia para la planta, como el fotosistema II, en condiciones de estrés abiótico^[3].

La biosíntesis de la glicina-betaína tiene lugar en los cloroplastos mediante dos etapas que consisten en la oxidación secuencial del alcohol colina (el cual, a su vez, se obtiene del aminoácido serina), primero al correspondiente aldehído, en una reacción catalizada por la colina monoxigenasa (CMO). Posteriormente este compuesto es oxidado a betaína por la betaina aldehído deshidrogenasa (BADH), con la reducción del cofactor NAD⁺a NADH^[2]:

Se trata de un proceso energéticamente costoso para la planta, por lo que la suplementación de los cultivos con glicina-betaína permite incrementar su producción. Por ejemplo, la aplicación foliar de 3 Kg/ha de este aminoácido en soja aumentó el rendimiento, tanto en plantas sometidas a estrés hídrico como aquellas sin carencia de agua^[4]. En el caso del maíz y el sorgo, la suplementación foliar con 2 – 6 Kg/ha de glicina-betaína permitió mitigar las perdidas de la producción ocasionadas por el déficit de agua^[5]. En otro experimento realizado en California, se observó un aumento del rendimiento en fruto superior al 30% en plantas tomates bajo estrés térmico y salino, aparentemente por una mejora en la tasa fotosintética y la conductancia de los estomas^[6][7]. Un incremento similar se observó en Finlandia, pero en plantas de tomate cultivadas en condiciones adecuadas ^[6].

La glicina-betaína es, por tanto, una molécula con gran potencial agronómico. Conscientes de ello, Arvensis Agro S.A. lanzó recientemente GLIBETINA, un fertilizante líquido con alto contenido en glicina-betaína, que además incorpora polímeros biológicos que favorecen la absorción de la timetilglicina. La formulación de GLIBETINA se suplementa con aminoácidos y hierro que complementan la acción de la glicina-betaían. Este producto esta especialmente indicado para situaciones de estrés abiótico en los cultivos, pero también puede mejorar su producción cuando las condiciones son las adecuadas.

A. CASTÁN

Referencias:  

[1]a) D. Rhodes, A.D. Hanson “Quaternary ammonium and tertiary sulphonium compounds in higher plants” Annu. Rev Plant Physiol. Plant Mol. Biol.1993, 44: 357-384. b) A.D. Hanson, J. Rivoal, M. Burnet, B. Rathinasapabathi “Biosynthesis of quaternary ammonium and tertiary sulphonium compounds in response to water deficit. Environment and Plant Metabolism. Flexibility and Acclimation” (ed. N. Smirnoff), 1995, BIOS Scientific Publishers Ltd, Oxford, pp. 189-198.

[2]P. Mäkelä “Agro-indutrial Uses of Glycinebetaine” Sugar Tech.2004, 207-212.

[3]S. Huang, T. Zuo, W. Ni. “Important roles of glycinebetaine in stabilizing the structure and function of the photosystem II complex under abiotic stresses” Planta2020, 251:36.

[4]P.C. Agboma, T. R. Sinclair, K. Jokinen, P. Pelton-Sainio, E. Pehu “An evaluation of the effect of exogenous glycinebetaine on the growth and yield of soybean: timing of application, watering regimes and cultivars” Field Crops Research1997, 54, 51-64.

[5]P. C. Agboma, M. G. K. Jones, P. Peltonen-Sainio, H. Rita,  E. Pehu “Exogenous Glycinebetaine Enhances Grain Yield of Maize, Sorghum and Wheat Grown Under Two Supplementary Watering Regimes” J. Agron. Crop Sci.1997, 178, 29 – 37.

[6]P. Mäkel, K. Jokinen, M. Kontturi, P. Peltonen-Sainio, E. Pehu, S. Somersalo Foliar application of glycinebetaine—a novel product from sugar beet—as an approach to increase tomato yield”Ind. Crop Prod.1998,7, 139-148.

[7]P. Mäkelä, R. Munns, T.D. Colmer, A.G. Condon, P. Peltonen-Sainio “Effect of foliar applications of glycinebetaine on stomatal conductance, abscisic acid and solute concentrations in leaves of salt- or drought-stressed tomato” Aust. J. Plant Physiol.1998, 25, 655–663.