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Revista mexicana de ciencias agrícolas

versión impresa ISSN 2007-0934

Rev. Mex. Cienc. Agríc vol.13 no.2 Texcoco feb./mar. 2022  Epub 01-Ago-2022

https://doi.org/10.29312/remexca.v13i2.2906 

Ensayos

Los fosfitos y sus aplicaciones en la agricultura

Edgar Javier Morales-Morales1 

Ángel Roberto Martínez-Campos2 

José Antonio López-Sandoval3 

Ana María  Castillo González4 

Martín Rubí-Arriaga3  § 

1Posgrado en Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales-Universidad Autónoma del Estado de México-Campus Universitario El Cerrillo. Piedras Blancas, Toluca, Estado de México. CP. 50200. (emoralesm374@gmail.com).

2Instituto de Ciencias Agropecuarias y Rurales-Campus Universitario El Cerrillo-Universidad Autónoma del Estado de México. Piedras Blancas, Toluca, Estado de México. CP. 50200. (amartinezc@uaemex.mx).

3Centro de Investigación y Estudios Avanzados en Fitomejoramiento-Campus Universitario ‘El Cerrillo’-Universidad Autónoma del Estado de México. Piedras Blancas, Toluca, Estado de México. CP. 50200. (mrubia@uaemex.mx; jalopezsa@uaemex.mx).

4Departamento de Fitotecnia-Universidad Autónoma Chapingo. Carretera México-Texcoco km 38.5, Chapingo, Texcoco, Estado de México. CP. 56230. (anasofiacasg@hotmail.com).


Resumen

Los fosfitos son compuestos derivados del ácido fosforoso que regularmente se combinan con iones como potasio, sodio, calcio o amonio. La diferencia química entre fosfatos y fosfitos radica en un átomo de oxígeno, el cual es sustituido por uno de hidrógeno. Debido a su similitud estructural, los fosfitos son considerados como análogos de los fosfatos. Si bien en la actualidad es aceptado el uso de los fosfitos por su acción bioestimulante vegetal, así como auxiliar en el control de fitoparásitos como oomycetes, protozoos, hongos, bacterias y nematodos, es aún debatido su uso como fuente de fósforo para la nutrición vegetal. Tanto fosfitos como fosfatos pueden ser absorbidos por las plantas mediante las hojas o las raíces; sin embargo, los fosfitos no se pueden reducir dentro de la célula vegetal a un estado de oxidación más bajo. No obstante, los fosfitos pueden verse oxidados a fosfatos si se aplican directamente al suelo. La capacidad de microorganismos del suelo de poder oxidar los fosfitos a fosfatos abre una posibilidad de que estos puedan ser aplicados como fuente de nutrición complementaria a los fertilizantes fosfatados. El documento elaborado es una revisión de las investigaciones que aborda el papel de los fosfitos dentro de la agricultura en la actualidad, sus usos como bioestimulador, fungicida y su posibilidad de uso como fertilizante fosfatado, así como una recopilación de las investigaciones más relevantes sobre estos usos y los resultados.

Palabras clave: ácido fosforoso; bioestimulador; fertilizante; fungicida

Abstract

Phosphites are compounds derived from phosphorous acid that regularly combine with ions such as potassium, sodium, calcium or ammonium. The chemical difference between phosphates and phosphites lies in an oxygen atom, which is replaced by a hydrogen atom. Due to their structural similarity, phosphites are considered to be analogs of phosphates. Although the use of phosphites is currently accepted for their plant biostimulant action, as well as for their auxiliary action in the control of phytoparasites such as oomycetes, protozoa, fungi, bacteria and nematodes, their use as a source of phosphorus for plant nutrition is still debated. Both phosphites and phosphates can be taken up by plants through leaves or roots; however, phosphites cannot be reduced within the plant cell to a lower oxidation state. Nevertheless, phosphites can be oxidized to phosphates if applied directly to the soil. The ability of soil microorganisms to be able to oxidize phosphites to phosphates opens up a possibility that phosphites can be applied as a complementary source of nutrition to phosphate fertilizers. The document prepared is a review of studies that addresses the role that phosphites play in agriculture nowadays, their uses as biostimulators, fungicides and their possibility of use as phosphate fertilizer, as well as a compilation of the most relevant studies on these uses and the results.

Key words: biostimulator; fertilizer; fungicide; phosphorous acid

El fósforo (P) es un nutrimento esencial para el crecimiento vegetal y en la producción de alimentos, debido a que es un componente primario de los sistemas responsables del almacenamiento y transferencia de energía, es un compuesto básico en las estructuras de macromoléculas como ácidos nucleicos y fosfolípidos, por lo que se puede decir que su papel está generalizado en todos los procesos fisiológicos vegetales (Fernández, 2007) además, este elemento constituye cerca de 0.2% de la materia seca vegetal (Aziz et al., 2013).

El P está involucrado en una serie de funciones metabólicas y estructurales; forma parte de moléculas energéticas como el adenosin difosfato (ADP), adenosin trifosfato (ATP) o guanosín trifosfato (GTP), los cuales pueden regular la actividad enzimática vegetal, asimismo, participa en la formación de bloques de ADN y membranas celulares (Hawkesford et al., 2012; Vinas et al., 2020). El P acelera la maduración y promueve la producción de semillas, incluso es parte importante de numerosos procesos fundamentales del metabolismo vegetal, como glucólisis, biosíntesis de glúcidos y lípidos, síntesis de clorofilas y carotenoides y metabolismo de ácidos orgánicos (Estrada-Ortiz et al., 2011).

Las deficiencias de P resultan en una asignación preferencial de carbohidratos hacia las raíces, resultando en un aumento dispar de crecimiento de raíz en relación con el tallo. Esto también da como resultado la modificación de la fotosíntesis y el metabolismo de azúcares, por lo que el crecimiento y desarrollo vegetativo y reproductivo se ve atrasado (Aziz et al., 2013). En la naturaleza, el P no se encuentra como un elemento libre, sino que existe en combinación con otros elementos como oxígeno (O) o hidrógeno (H), esto ocurre como una forma completamente oxidada denominada anión fosfato ( PO 4 3- ), o con un oxígeno menos llamada anión fosfito ( PO 3 3- ;), (Bozzo et al., 2004; Thao y Yamakawa, 2009). En condiciones de pH neutro, el ion fosfato está presente como ácido fosfórico ( H 3 PO 4 ) y ácido dioxofosfórico ( H 3 PO 2 ); siendo el primero la forma en la cual el fosfato se transporta normalmente en las células vegetales (McDonald et al., 2001; Mixquititla-Casbis y Villegas-Torres, 2016).

¿Qué son los fosfitos?

De acuerdo con Havlin y Schlegel (2021) los fosfitos (Phi) son una forma reducida de los fosfatos (Pi), derivados del ácido fosforoso ( H 3 PO 3 - ), que regularmente se combinan con cationes no metales como potasio, sodio, calcio o amonio. Los términos ‘fosfito’ o ‘fosfanato’ son utilizados en la literatura para referirse a las sales derivadas del ácido fosforoso (Thao y Yamakawa, 2009; Yáñez-Juárez et al., 2018). La diferencia química entre fosfato ( H 2 PO 4 - ; Pi) y fosfito ( H 2 PO 3 - ; Phi); es un átomo de oxígeno el cual es sustituido por otro de hidrógeno (Figura 1) (Lovatt y Mikkelsen, 2006, Yáñez-Juárez et al., 2018, Fathi et al., 2021).

Figura 1 Estructura del grupo fosfato (Pi) y fosfito (Phi) (Gómez-Merino y Trejo-Téllez, 2015). 

Debido a su similitud estructural, los fosfitos son considerados como análogos de los fosfatos; en la actualidad es ampliamente aceptado el uso de los fosfitos por su acción en el control de fitoparásitos y como bioestimulante en plantas, sin embargo, es aún debatida su utilización como fuente de fósforo en la nutrición vegetal (Gómez-Merino y Trejo-Téllez, 2015). Los fosfitos se comercializan como fertilizantes y fungicidas foliares, estos se encuentran dentro de la categoría toxicológica III, lo que implica que su uso en la agricultura es poco peligroso para el hombre, animales y ambiente (Barpen, 2004). Existen en el mercado formulaciones disponibles del producto en asociación con otros nutrientes como potasio (K), calcio (Ca), boro (B), zinc (Zn) o manganeso (Mn) (Mixquititla-Casbis y Villegas-Torres, 2016). El ácido fosforoso ( H 3 PO 3 - ) y sus sales contienen concentraciones más altas de P (39%) en relación con los fertilizantes tradicionales fosfatados (32% P) (Lovatt y Mikkelsen, 2006).

Los Phi no pueden ser convertidos en Pi dentro de la planta, debido a la ausencia del gen ptxD, el cual está presente en muchas bacterias de suelo (Wu et al., 2018); por lo tanto, no participan en las rutas bioquímicas, de tal manera que por ello se observan efectos negativos de estos sobre el metabolismo vegetal (Varadarajan et al., 2002). No obstante, los Phi hacen más eficaz el uso de fungicidas específicos e incrementan las defensas de las plantas ante la posibilidad de infección de algún patógeno (Bettiol, 2006; Lovatt y Mikkelsen, 2006).

Fosfitos en el control de fitopatógenos

Los fosfitos han sido ampliamente estudiados como una alternativa para el control de organismos fitoparásitos. Su eficacia se ha probado en contra de protozoarios, oomycetes, hongos, bacterias y nematodos. Los niveles de eficacia de los fosfitos en el control de organismos fitoparásitos varían dependiendo del ion unido al fosfito (fosfito de potasio, fosfito de calcio, entre otros), el método de aplicación (vía foliar o radical), el organismo fitopatógeno y la planta hospedante (Monsalve et al., 2012; Yáñez-Juárez et al., 2018).

La efectividad de los fosfitos en el control de fitopatógenos ocurre mediante vía directa o indirecta (Figura 2). En la primera, el ion fosfito al entrar en contacto con los organismos fitopatógenos, afecta su crecimiento y reproducción, al influir en la expresión de genes que codifican la síntesis de compuestos indispensables en la estructura y fisiología celular. Por ejemplo, en oomycetes, la aplicación de fosfitos inhibe la fosforilación oxidativa del metabolismo, en el micelio inhiben el crecimiento y cambian la composición de la superficie, incrementan la actividad de la ruta de las pentosas fosfato e inhiben enzimas reguladas alostéricamente por el fosfato (Yáñez-Juárez et al., 2018; García-Velasco et al., 2020).

La vía indirecta está relacionada con el incremento en la resistencia de la planta. El fosfito ha sido considerado como un bioestimulador de la resistencia sistémica adquirida (SAR), al entrar a las células del tejido vegetal, activa mecanismos bioquímicos y estructurales de defensa (producción de polisacáridos, fitoalexinas o proteínas relacionadas con la patogénesis ‘PR’) que restringen la penetración y supervivencia de los patógenos (Monsalve et al., 2012; Yáñez-Juárez et al., 2018).

Wong et al. (2009) compararon el efecto del ion fosfito y el ion fosfato sobre el crecimiento de Phytophtora cinnamomi in vitro y comprobaron la susceptibilidad de los microorganismos al ion fosfito, no así al ion fosfato. Mogollón y Castaño (2012) demostraron la reducción del número y tamaño de colonias y porcentaje de germinación de Mycosphaerella fijiensis en medio de cultivo Agar V8 al aplicar una concentración de 27 ml L-1 de fosfito de potasio. Por su parte, Hofgaard et al. (2010) obtuvieron disminuciones de 60, 80 y 90% en el crecimiento del micelio de Fusarium culmorum, Fusarium graminearum y Microdochium majus respectivamente, con 10 µl ml-1 de fosfito de potasio.

Figura 2 Modo de acción de los fosfitos, representación esquemática (Yáñez-Juárez et al., 2018). 

King et al. (2010) demostraron que existía una modificación inducida por fosfito de potasio en la expresión de genes que codifican la síntesis de proteínas que constituyen la pared celular y el citoesqueleto de Phytophtora cinnamomi, lo que originó rompimientos en la pared celular y distorsiones en las hifas. Amiri y Bompiex (2011) concluyeron que había un porcentaje de germinación del 53 y de 0% de conidios de Penicillium expansum en medio malta dextrosa agar, cuando se aplicaron 2 mg L-1 de Phi y calentando el medio a 20 y 50 °C, respectivamente. Por otra parte, Cerioni et al. (2013) mostraron que concentraciones de 229, 334, 360, 469, 498 y 580 mg L-1 de Phi, inhibían la germinación de conidios de Penicillium digitatum en medios de cultivo papa dextrosa agar (PDA).

Araujo et al. (2010) evaluaron la eficacia del fosfito de potasio en el control de Colletotrichum gloeosporoides, causante de la enfermedad de mancha foliar de glomerella en Malus domestica, mediante experimentos in vivo e in vitro. Demostraron que la adición de fosfitos interfiere el desarrollo micelial, lo que redujo la severidad de la enfermedad en hojas hasta un 62% en los experimentos in vivo, mientras que in vitro se redujo el diámetro de la colonia hasta 94%.

En cuanto a la vía indirecta, los fosfitos son capaces de activar los mecanismos de defensa naturales de las plantas mediante la producción de fitoalexinas, proteínas PR (relacionadas con la patogenia) y polisacáridos estructurales. Esta activación puede ocurrir debido a la alta movilidad de los fosfitos, los cuales son rápidamente absorbidos vía radical o foliar (Daniel y Guest, 2005; Ribeiro-Chagas et al., 2020).

Wu et al. (2018) demostraron cambios significativos en la metabolómica de las hojas de papa (Solanum tuberosum L.) al entrar en contacto con aplicaciones de Phi, encontraron cambios en la concentración de productos intermediarios del metabolismo de azúcares, así como del ciclo del ácido cítrico. Los grupos de varios azúcares eran menores, probablemente debido a la interferencia del Phi en las reacciones de fosforilación que podrían influir en el grupo de monosacáridos fosforilados, que afectan los niveles de azúcares libres y la acumulación de almidón. Asimismo, las aplicaciones de Phi están asociadas con niveles más altos de los componentes de la ruta de los fenilpropanoides, como el ácido clorogénico, el ácido cafeico y el ácido salicílico, compuestos que son componentes esenciales en los mecanismos de defensa de las plantas (Figura 3).

Figura 3 Principales metabolitos identificados en la metabolómica de muestras de hojas de papa y alteración en su abundancia en las plantas tratadas con Phi. Destacados en cuadrados amarillos están los metabolitos que muestran un aumento de más de 1.3 veces en abundancia en las plantas tratadas con Phi, mientras que en cuadrados azules están los que muestran una disminución de más de 1.3 veces en abundancia. Los metabolitos en cuadrados blancos fueron identificados pero su abundancia no cambió en las plantas tratadas con Phi en comparación con los controles (Wu et al., 2018). 

Sin embargo, los reportes comparativos de la eficacia en el control entre fosfitos y fungicidas convencionales indican que los primeros son menos eficaces y no los pueden sustituir por completo, pero su integración como parte de un programa de manejo integrado permite disminuir el uso de fungicidas y reducir la posibilidad de generar resistencia por los organismos (Liljeroth et al., 2016). Silva et al. (2013) encontraron una disminución significativa en el área bajo la curva de progresión de la enfermedad causada por Peronospora manshurica con aplicaciones de acibenzolar S-metil y fosfitos en soya (Glycine max).

Da Silva Neves y Blum (2014) reportaron que aplicaciones de mezclas de los fungicidas piraclostrobina + epoxiconazol, tiofanato de metilo + flutriafol y tebuconazol, junto con aplicaciones de fosfito de potasio reducen la severidad de Phakopsora pachyrhizi en soya. Ribero-Chagas et al. (2020) mencionan que con aplicaciones de fosfitos con ciproconazol, es posible controlar la incidencia de Curvularia sp. En el híbrido 30F53YH de maíz (Zea mays L.).

Jackson et al. (2000) reportaron una restricción en el desarrollo de lesiones causadas por P. cinnamomi en tejidos de Eucalyptus marginata, debido a un incremento significativo de las enzimas 4-coumarato coenzima A ligasa y deshidrogenasa de alcohol cinnamil y de fenoles solubles. Olivieri et al. (2012) reportaron incrementos en el contenido de pectinas en tejidos de la peridermis y corteza de tubérculos de papa tratadas con fosfito de potasio, lo que mejoró la resistencia a ataques microbiológicos. Por otra parte, Eshraghi et al. (2011) mostraron que plántulas de Arabidopsis thaliana inoculadas con P. cinnamomi tratadas con fosfito de potasio, presentan un incremento en la producción de calosa y de peróxido de hidrógeno (H2O2) en las células infectadas.

Uso de fosfitos como fuente de fósforo

La forma convencional de absorción de P por las plantas son los fosfatos. Actualmente existen varios productos químicos de uso agrícola, que han sido presentados como fertilizantes para suplemento de P principalmente vía foliar, que utilizan como fuente primaria de este elemento formas reducidas como fosfitos de K o Ca entre otros; no obstante, estudios sobre este efecto fertilizante apuntan a una baja o nula acción (Bertsch et al., 2009). Thao et al. (2008) concluyeron que el fosfito de potasio aplicado vía foliar o radical, no provee nutrición a plantas de espinaca (Spinacia oleracea L.), por el contrario, inhibió severamente el crecimiento de raíces en plantas con deficiencia de fosfato, incluso con niveles bajos de aplicaciones foliares de fosfitos.

Thao y Yamakawa (2009) son tajantes al mencionar que los fosfitos no son fertilizantes y no tienen ningún efecto beneficioso sobre el crecimiento de las plantas sanas, por lo que no deberían de ser comercializados como tales. Thao et al. (2009) investigaron el efecto de los fosfitos en relación con los fosfatos sobre el crecimiento y calidad de lechuga (Lactuca sativa L.) y demostraron que la adición de fosfitos no mejoró el crecimiento o la calidad de las plantas. Bertsch et al. (2009) estudiaron la capacidad de los fosfitos para suplir las necesidades de P en lechuga (Lactuca sativa L.), jitomate (Solanum lycopersicum) y plátano (Musa × paradisiaca) y demostraron que el P en forma de fosfito, no es utilizable por la planta para llenar sus necesidades de P y tienden a causar daño, y que en condiciones de deficiencia del P, los fosfitos vía raíz no contribuyeron al crecimiento de los cultivos, sino que intensificaron el deterioro del follaje y de la raíz.

Estos resultados difieren con los de investigaciones que describen que el uso de los fosfitos en la agricultura como fuente de fertilización fosfatada, puede ocurrir si los fosfitos entran en contacto con microorganismos que tienen la capacidad de oxidarlos a fosfatos (McDonald et al., 2001; Manna et al., 2016). Varias especies de Bacillus pueden oxidar el fosfito e hipofosfito (H2PO2) a fosfato. Además, se ha reportado que varias cepas de laboratorio comunes, incluida Escherichia coli, son capaces de oxidar los fosfitos. La oxidación microbiana del fosfito es posible gracias a la acción de la enzima fosfito deshidrogenasa (PTDH) (Figura 4) (Relyea y Van der Donk, 2005).

Figura 4 Ecuación de oxidación de fosfito a fosfato mediante la enzima PTDH (Relyea y Van der Donk, 2005). 

Lovatt (1999) reportó incrementos en el rendimiento de naranja (Citrus × sinensis) al realizar aplicaciones foliares de fosfito, con base en el número de frutos cosechados por árbol. De forma similar, Albrigo (1999) encontró efectos positivos en el número de flores, rendimiento y sólidos solubles totales en frutos de naranja después de una aspersión foliar. Bertsch et al. (2009) indican que concentraciones de fosfito + fosfato promovieron una mayor absorción total de P en los cultivos de lechuga, jitomate y plátano; sin embargo, no identificaron la forma química en que se encuentra el P dentro de la planta.

Estrada-Ortiz et al. (2011) demostraron que, en etapa de fructificación, la adición de 30% del P total como fosfito, estimuló el metabolismo de fresa (Fragaria × ananassa Duch.), incrementándose las concentraciones de clorofilas a, b y totales, de aminoácidos y de proteínas. De igual manera, Estrada et al. (2012) mostraron en cultivo de lechuga que aplicaciones de fosfito de hasta 0.5 meq L-1 de solución nutritiva favorecieron la acumulación de N, P y K en las raíces y estimularon la acumulación de clorofilas a, b y totales en hojas, sin afectar la ganancia de materia seca de la planta.

Lovatt y Mikkelsen (2006) afirmaron que los efectos negativos en el crecimiento de las plantas son el resultado de un uso inapropiado de los fosfitos, como fuente primaria de P o con aplicaciones en cantidades excesivas. Ya que el fosfito es químicamente diferente al fosfato, estas diferencias deben ser tomadas en consideración para evitar efectos fitotóxicos.

Conclusiones

Esta ampliamente aceptado el uso de los fosfitos como fungicidas o bioestimuladores de la resistencia sistémica adquirida de plantas, para evitar la incidencia de organismos fitoparásitos. El modo de acción directa ayuda especialmente contra oomycetes, además de hongos, bacterias, protozoarios y nemátodos. Por otra parte, la aplicación de los fosfitos en los cultivos promueve una mejora en el sistema de defensa de las plantas y se incrementan las cantidades de polisacáridos estructurales, de proteínas PR y de fitoalexinas. Si bien los fosfitos por si mismos son menos eficaces en el control de fitoparásitos, se pueden incluir en el control integral de enfermedades, para reducir en mayor medida la incidencia en cultivos.

Es aún debatida la capacidad fertilizante de los fosfitos, si bien estos pueden ser absorbidos vía foliar o radical, y pueden ser transportados vía xilema o floema, no pueden ser utilizados como una forma directa de nutrición fosfatada y por lo tanto, no pueden ser sustitutos directos de los fertilizantes fosfatados. Sin embargo, la capacidad de los microorganismos del suelo de oxidar los fosfitos a fosfatos abre una posibilidad de que estos puedan ser aplicados como fuente de fertilización complementaria a los fertilizantes fosfatados. Hay que considerar también, que existen estudios que avalan la eficacia de los fosfitos como una fuente parcial de fertilización. Es necesario continuar con la investigación sobre la eficacia de aplicar fosfitos como una fuente de fertilización complementaria en la agricultura intensiva.

Agradecimientos

Los autores agradecen al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca proporcionada al primer autor para el desarrollo del Doctorado en Ciencias Agropecuarias y Recursos Naturales.

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Recibido: 01 de Enero de 2022; Aprobado: 01 de Febrero de 2022

§Autor para correspondencia: mrubia@uaemex.mx

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