Mejorando la Calidad Nutricional de los Alimentos y la Productividad de los Sistemas Agrícolas

artículos
Traducción resumida del trabajo: Improving plant food nutritional quality and the nutrient output of agriculture systems.
 
Ross M. Welch, USDA-ARS, U.S. Plant, Soil and Nutrition Laboratory, Cornell University, Ithaca, NY, USA

Las principales causas de mortalidad en el mundo de hoy son la desnutrición y las enfermedades relacionadas, que contabilizan más de 30 millones de muertes por año (1). Las causas primarias de esta crisis de salud yacen en la disfuncionalidad de los sistemas agrícolas ya que la agricultura es el proveedor primario de alimentos a la humanidad. Desafortunadamente, este vínculo entre la agricultura y la salud humana ha sido en gran parte ignorado por gobiernos y políticos en todas partes y la agricultura nunca ha tenido como objetivo específico mejorar la salud humana (2).

La agricultura puede contribuir a mejorar la calidad nutricional de los alimentos de varias maneras para sostener la salud y el bienestar. Sin embargo, se requiere que el sector agrícola entienda 1) la importancia de tal acción para la sociedad y la salud de la humanidad, 2) cómo puede contribuir a ello, 3) qué alimentos son los que más preocupan a la comunidad, y 4) que sea rentable. Además, las políticas de los gobiernos deben hacer su contribución, y los consumidores deben entender la importancia de una dieta diversificada y equilibrada para su salud, productividad, y bienestar. Aumentar el conocimiento del consumidor sobre el impacto de la malnutrición en la calidad de vida, logro educativo, oportunidades de empleo, y salud debe proporcionar un estímulo para aumentar la demanda de una mejor calidad y diversidad de los alimentos. Una demanda creciente por parte de los consumidores por mejores y más diversos productos en los mercados podría motivar a los productores a producir alimentos más nutritivos y diversos.

Varias herramientas de manejo podrían utilizarse para mejorar la calidad nutricional de los alimentos de origen agrícola. Falta, sin embargo, la resolución de la comunidad agrícola, y de sectores vinculados a la nutrición y salud pública, de sectores privados y oficiales para hacer que la agricultura tenga un rol primario en el alivio de la desnutrición.

  

Prácticas Culturales

Las prácticas agrícolas pueden afectar la producción de alimentos de. Sin embargo, éstas están casi siempre orientadas a la maximización de la producción por unidad de área, y a la vez a minimizar los costos. Además, recientemente en algunos países, el objetivo preservar el ambiente se está convirtiendo en el más importante de la agricultura. Maximizar la producción de nutrientes para la humanidad nunca ha sido una pretensión de la agricultura o de las políticas de los gobiernos. Más aún, existe conocimiento científico disponible que podría mejorar significativamente la producción y calidad de los alimentos de origen agrícola. Los efectos de la desnutrición en las personas y en toda la sociedad en su actual intensidad en países en desarrollo atestiguan ciertamente la necesidad de hacerlo ahora. Se presentarán algunos casos que ejemplifican cómo algunas prácticas culturales y agronómicas podrían utilizarse para mejorar la productividad de los sistemas agrícolas.

  

Fertilizantes, enmiendas, abonos y labranzas

Tanto los fertilizantes que contienen macro como micronutrientes pueden tener efectos significativos en la acumulación de micronutrientes en los productos comestibles de las plantas (3, 4). Algunos micronutrientes con movilidad limitada en la savia (Fe, B, V y Cr) tienen escaso efecto sin embargo cuando se aplican al suelo o pulverizaciones foliares (5).

La aplicación en exceso de fertilizantes nitrogenados puede afectar negativamente la acumulación de vitamina C (ácido ascórbico) en varias hortalizas causando hasta 26% de disminución (8). Por el contrario, la aplicación de fertilizantes potásicos aumentó entre el 8 al 20% el contenido de vitamina C según la especie. La concentración de β-caroteno en zanahorias aumentó en la primera cosecha, desde 113 a 126 mg/g de raíz en respuesta a un aumento en la provisión de N. Y en la tercera recolección el aumento del β-caroteno resultante del aumento de las dosis de N fue del 7 %; inclusive en la última cosecha se observó un aumento en el nivel del β-caroteno (29).

Los tratamientos con macronutrientes NPK y Mg también pueden influir la concentración de otros micronutrientes por ej. Fe, Mn, Zn y Cu además del β-caroteno en zanahoria (29).

Los tratamientos que contenían N, P y Mg aumentaron la acumulación de β-caroteno en 42%. El agregado de K como fertilizante aumentó el β-caroteno en las plantas un 27% en relación al testigo. El retiro de Mg disminuyó el aumento de β-caroteno de un 42% al 30%. Los mayores efectos en otros micronutrientes se encontraron en el contenido de Mn y Fe foliar, pero la fertilización no afecto los demás micronutrientes.

La concentración de la vitamina C en frutas también es afectada por los macronutrientes. El exceso de fertilización con N reduce la concentración de vitamina C en frutas de varias especies incluyendo cítricos, melones y manzanas. También, dosis más altas de K se asocian a una mayor concentración de vitamina C en frutas (9). Los efectos de la fertilización con Zn, Mg, Mn, y Cu en el aumento de la vitamina C en cítricos se limitan a los suelos deficientes.

Aumentar la provisión de algunos micronutrientes (por Ej. Zn, Ni, I y Se), por fertilización puede aumentar su concentración en las partes comestibles. Por ejemplo, en arvejas se ha demostrado que aumentar el suministro de Zn a niveles superiores a los necesarios para un rendimiento máximo aumenta la concentración de Zn disponible en las semillas (11). Aumentar el suministro de Zn y Se al trigo resulta en un aumento de las cantidades de estos elementos en el grano (12). Esto también se demostró en poroto y en otros cultivos (13, 14). Por el contrario, proveer mas Fe que el requerido para los crecimientos de las plantas casi no afecta nada su concentración en las partes comestibles (15). La acumulación de micronutrientes en semillas está controlada por un gran numero de procesos que incluyendo la absorción por la raíz, la transferencia desde éstas al tallo, y la habilidad de las hojas para cargarlos en el floema, que es el responsable final del envío de éstos a las semillas y frutos en desarrollo (5). La carga y descarga de estos nutrientes en el floema esta controlada ajustadamente por mecanismos homeostáticos poco entendidos. Se necesita más investigación para entender estos procesos y así aumentar significativamente el contenido de ciertos microelementos en los alimentos (16).

Las enmiendas de suelos, como la cal agrícola (CaCO3) se usan para ajustar el pH y mejorar la calidad de los suelos. La cal agrícola aumenta el pH, permitiendo que las leguminosas poco tolerantes a la acidez crezcan en suelos que de otra manera serian desfavorables. También se lo utiliza para suministrar Ca a los cultivos, pero la cal deprime la absorción de Zn, Cu, Fe, y Co, y aumenta la absorción de Se y Mo por las plantas. El yeso (CaSO4) y el S elemental se usan para disminuir el pH de suelos alcalinos así como para proveer S a las plantas y mitigar el alto contenido de Na en los suelos alcalinos. El yeso puede aumentar el contenido de Fe, Mn, Zn, Cu, y Co disponible sólo con disminuir el pH de estos suelos.

El uso de estiércoles y otros abonos orgánicos también modifica la disponibilidad de los micronutrientes al cambiar tanto las características físicas como biológicas del suelo. Muchas veces estos cambios mejoraran la estructura y capacidad de retención de agua, lo que resulta en una mayor profundad radicular y mayor actividad de la microflora y microfauna del suelo, que tiene un indiscutible efecto en la disponibilidad de los micronutriente (17, 18). Sin embargo, hay pocas experiencias relativas al manejo de la materia orgánica para modificar los niveles de micronutrientes en las partes porción comestibles de los principales cultivos... Tampoco ha sido estudiado en profundidad el efecto de las labranzas en el valor nutricional de los cultivos. La salud de la rizósfera es importante para hacer disponibles los micronutrientes (19) y las labranzas afectan la salud de la rizósfera.

  

Selección varietal

El uso de variedades enriquecidas en micronutrientes es una estrategia que puede utilizare para aumentar la productividad de los alimentos y está siendo utilizada por el programa HarvestPlus. Este es un programa mundial para "bioforticar" los principales cultivos alimenticios con Fe, Zn y carotenoides provitamina A, usando el mejoramiento para generar cultivos auto fortificados (20). Aunque hay evidencias en la literatura de líneas mejoradas por su eficiencia en la absorción y alto contenido de micronutrientes en las partes comestibles para varios especies vegetales (21), hasta recientemente no hubo un relevamiento sistemático de los genomas de plantas para este tipo de características.

Aumentar la concentración de micronutrientes en los alimentos a través de las técnicas tradicionales de mejoramiento vegetal seria un medio eficiente y barato para el suministro de micronutrientes a la población con más riesgo de malnutrición (Mujeres y niños). En el pasado, el tratamiento general empleaba suplementos micronutrientes en los programas de fortificación de alimentos, pero han probado ser insostenibles ya que normalmente los beneficios no llegan a la gente con mayor riesgo. Más aun, este tipo de intervención es relativamente cara y requiere una sofisticada infraestructura para su creación, manejo y mantenimiento así como asegurar su cumplimiento. El costo del mejoramiento vegetal con líneas que resulten en una significativa acumulación de micronutrientes en las porciones comestible de los alimentos podría ser el gasto de una única vez. Una vez lograda el objetivo, estas líneas biofortificadas pueden pasarse a los programas de mejoramiento para las futuras generación de variedades y transferirse así globalmente a todos los países con un esfuerzo relativamente pequeño. Sería una estrategia sostenible y barato para mejorar la nutrición con micronutriente es (22, 23).

Elegir cultivos con altos contenido de micronutrientes y cultivarlos en variedades mejoradas a tal efecto debería ser un objetivo primario de los agrónomos en los países en desarrollo donde estas deficientes son comunes. La evidencia científica es ciertamente suficiente para garantizar el esfuerzo. Esta estrategia debería ser primaria para los nutricionistas y políticos abocados al combate de la malnutrición por micronutrientes (2).

  

Manejo de cultivos

Herramientas simples de manejo puede usarse para mejorar la producción de micronutrientes por los sistemas de cultivo. Por ejemplo ciertas leguminosas en rotación con cereales pueden resultar en un aumento sustancial de la concentración de Zn en granos. La selección de cultivos para mitigar las deficiencias de micronutrientes en animales se practica hace tiempo. En extensas áreas de EE UU con suelos con bajos niveles de Co para satisfacer los requerimientos de los animales que dependen sólo del pastoreo, la combinación de leguminosas (que acumulan cantidades significativamente mayores que las gramíneas de Co con gramíneas es una vía efectiva para suministrar Co a los animales en pastoreo (4). Prácticas como esta pueden contribuir al aumento de la ingesta de micronutrientes en los países en desarrollo. Esto no solo por el aumento de micronutrientes en los cereales en rotación con leguminosas, sino también aumentaría el suministro dietario de leguminosas en mercados locales y regionales.

El uso de cultivos intercalares es otra forma de aumentar el contenido de ciertos micronutrientes en los alimentos. Por ejemplo intercultivar maíz con maní puede aumentar los niveles de Fe en los granos de maní, porque las raíces de maíz liberan fotosideróforas (agentes complejantes) que hacen mas soluble al Fe del suelo y así más asimilable por el maní (25).

Diseñar sistemas del cultivo para maximizar la producción de nutrientes y mejorar la nutrición y la salud debe convertirse en una parte integral de las metas de la agricultura y de las políticas de gobierno. Además, se deben diversificarse la dieta de la población mas perjudicada, lo que reduciría substancialmente el riesgo de desnutrición de micronutrientes de la población con mayor riesgo.

  

Mejorar la biodisponibilidad de micronutrientes en las plantas

Aumentar la concentración de micronutrientes en plantas comestibles es solo el primer paso en convertir estos alimentos enriquecidos en micronutrientes para los seres humanos, ya que no todos los micronutrientes en las plantas son asimilables por las personas que los consumen. Las plantas alimenticias pueden contener sustancias que interfieren con la absorción o la utilización de estos alimentos en seres humanos. Dos sustancias importantes de esta clase lo constituyen el ácido fítico y varios polifenoles, que pueden acomplejar el Fe y/o el Zn de la dieta, haciéndolos insoluble e inaccesibles para la absorción en la zona digestiva (26).

Los fitomejoradores podrían generar genotipos que contengan menores concentraciones de estas sustancias, o bien alterar los genes de las plantas de manera de reducir o eliminarlas... Sin embargo, hacerlo no está exento de riesgos y debe hacerse con precaución ya que muchos antinutrientes son importantes metabolitos vegetales que pueden desempeñar importantes roles fisiológicos, o brindarles resistencia a parásitos y patógenos. Además, algunas de las sustancias podría tener roles anticancerígenos o disminuyendo el riesgo de enfermedades cardíacas o diabetes (23).

Otras sustancias pueden promover una mayor biodisponibilidad de micronutrientes para las personas. Algunas sustancias que promueven la biodisponibilidad del hierro y del zinc, incluyen ciertos ácidos orgánicos (ácido ascórbico), aminoácidos (por ej. cisteína, histidina) y la proteína fitoferritina. Muchos de estos compuestos son metabolitos normales de las plantas y pequeños cambios en su concentración pueden tener efectos significativos en la biodisponibilidad de los micronutrientes. Por lo que se debe evaluar cuidadosamente la estrategia de aumentar estas sustancias promotoras en los cultivos alimenticios (20).

Aumentando la acumulación de vitaminas en partes comestibles de cultivos alimenticios

Hoy día, una buena parte de las investigaciones para aumentar las vitaminas en los cultivos se centra en los carotenoides de la provitamina A en hortalizas (27, 28). También se realizaron investigaciones sobre los factores ambientales que influyen en el contenido de vitamina C en frutas y hortalizas como el tomate (29). Desafortunadamente, nuestro conocimiento de procesos de biosíntesis y su regulación que controlan la acumulación de la mayoría de las vitaminas en cultivos alimenticios es extremadamente limitado. Se necesitará mucha investigación antes de observar progresos significativos en el enriquecimiento de los cultivos alimenticios con vitaminas para los seres humanos. Sin embargo, con el avance del conocimiento en las vías de biosíntesis y su regulación, las técnicas actuales de biología molecular disponibles podrían permitir rápidas alteraciones genéticas en plantas y aumentar así el contenido vitamínico en los alimentos (30).

Usualmente, establecer estrategias bioquímicas para entender el metabolismo de las vitaminas en las plantas depende de la purificación de enzimas y de la determinación de su actividad in vitro. Estas estrategias están siendo desplazadas por técnicas de genética molecular que usan mutantes y la expresión de genes vegetales en sistemas heterólogos. Estos modelos de sistemas vegetales se están utilizando actualmente para entender el metabolismo de las vitaminas en las plantas, para la selección de expresiones alteradas de carotenoides. Esto ha permitido la clonación de genes para varias enzimas biosintéticas, y también ha demostrado el grado por el cual se pueden alterar los carotenoides de la provitamina A dentro de la planta, sin afectar el crecimiento y la funcionalidad de las plantas. Una segunda estrategia incluye los genes identificados en organismos no vegetales, tales como levaduras o bacterias, para identificar genes homólogos en plantas para los caminos biosintéticos de las vitamina de interés. Una vez que los genes se hayan clonado, su expresión puede manipularse para determinar las consecuencias sobre el crecimiento de las plantas y el grado por el cual varias vitaminas pueden aumentarse (31).

 

Resumen

El éxito en vincular a la agricultura con la salud humana contribuiría dramáticamente a mejorar la salud, la calidad de vida y la felicidad de numerosas personas escasas de recursos, deficiente en micronutrientes en muchos países en vías de desarrollo, y contribuiría significativamente a sostener los esfuerzos de desarrollo nacional en estos países. De manera importante, encontrar soluciones sostenibles a la desnutrición y enfermedades relacionadas, no será posible en un futuro próximo si no comenzamos a adoptar herramientas de manejo agrícola diseñadas para atacar esta importante crisis global del bienestar y salud humana.

 

Literatura Citada

1. World Health Organization & Food and Agriculture Organization. Joint WHO/FAO Expert Consultation on Diet, Nutrition and the Prevention of Chronic Diseases. 916, 1-149. 2003. Geneva, Switzerland, World Health Organization. WHO Technical Report Series.

2. Welch, R. M., Combs, G. F., Jr. & Duxbury, J. M. (1997) Toward a "Greener" revolution. Issues in Science and Technology 14: 50-58.

3. Grunes, D. L. & Allaway, W. H. (1985) Nutritional quality of plants in relation to fertilizer use. In: Fertilizer Technology and Use. (Engelstad, O. P. ed.), pp. 589-619. Soil Science Society of America, Madison, WI.

4. Allaway, W. H. (1986) Soil-plant-animal and human intrrelationships in trace element nutrition. In: Trace elements in human and animal nutrition (Mertz, W. ed.), pp. 465-488. Academic Press, Orlando, San Diego, New York, Austin, London, Montreal, sydeney, Tokyo, Toronto.

5. Welch, R. M. (1986) Effects of nutrient deficiencies on seed production and quality. Adv Plant Nutr 2: 205-247.

9. Nagy, S. & Wardowski, W. F. (1988) Effects of agricultural practices, handling, processing, and storage on fruits. In: Nutritional Evaluation of Food Processing (Karmas, E. & Harris, R. S. eds.), pp. 73-100. Avi Book, Van Nostrand Reinhold Co., New York.

11. Welch, R. M., House, W. A. & Allaway, W. H. (1974) Availability of zinc from pea seeds to rats. J Nutr 104: 733-740.

12. House, W. A. & Welch, R. M. (1989) Bioavailability of and interactions between zinc and selenium in rats fed wheat grain intrinsically labeled with 65Zn and 75Se. J Nutr 119: 916-921.

13. Moraghan, J. T. (1994) Accumulation of zinc, phosphorus, and magnesium by navy bean seed. J Plant Nutr 17: 1111-1125.

14. Peck, N., Grunes, D. L., Welch, R. M. & MacConald, G. E. (1980) Nutritionnal quality of vegetable crops as affected by phosphorus and zinc fertilizers. Agron J 72: 528-534.

15. Welch, R. M. & Van Campen, D. R. (1975) Iron availability to rats from soybeans. Jounal of Nutrition 105: 253-256.

16. Welch, R. M. (1995) Micronutrient nutrition of plants. Crit. Rev. Plant Sci. 14: 49-82.

17. Stevenson, F. J. (1991) Organic matter-micronutrient reactions in soil. In: Micronutrients in Agriculture (Mortvedt, J. J., Cox, F. R., Shuman, L. M. & Welch, R. M. eds.), pp. 145-186. Soil Sci. Soc. Am., Madison, WI.

18. Stevenson, F. J. (1994) Humus chemistry: Genesis, Composition, Reactions., 2 ed., Wiley, New York.

19. Rengel, Z. (2001) Genotypic differences in micronutrient use efficiency in crops. Communications in Soil Science and Plant Analysis 32: 1163-1186.

20. Graham, R. D., Welch, R. M. & Bouis, H. E. (2001) Addressing micronutrient malnutrition through enhancing the nutritional quality of staple foods: principles, perspectives and knowledge gaps. Adv Agron 70: 77-142.

21. Gerloff, G. C. & Gabelman, W. H. (1983) Genetic basis of inorganic plant nutrition. In: Inorganic Plant Nutrition (Lauchli, A. & Bieleski, R. L. eds.), pp. 453-480. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo.

22. Bouis, H. (1996) Enrichment of food staples through plant breeding: A new strategy for fighting micronutrient malnutrition. Nutrition Reviews 54: 131-137.

23. Graham, R. D. & Welch, R. M. Breeding for staple-food crops with high micronutrient density. 1, 1-72. 1996. Washington, D.C., International Food Policy Research Institute. Agricultural Strategies for Micronutrients Working Paper No. 3.

25. Fang, Z.-G., Zuo, Y.-M., Li, L. & Zhang, F. (2004) Effects of different nitrogen levels on iron nutrition and nitrogen fixation of peanut in a maize-peanut mixed cropping system. Plant Nutrition and Fertilizer Science 10: 386-390.

26. Welch, R. M. & Graham, R. D. (2004) Breeding for micronutrients in staple food crops from a human nutrition perspective. J Exp Bot 55: 353-364.

27. Simon, P. W. (1992) Genetic improvement of vegetable carotene content. In: Biotechnology and Nutrition. Proceedings of the Third International Symposium (Bills, D. D. & Kung, S.-D. eds.), pp. 291-314. Butterworth-Heinemann, Boston.

28. Toenniessen, G. H. (2002) Crop genetic improvement for enhancing human nutrition. J Nutr 132: 2943S-2946S.

29. Salunkhe, D. K. & Deshpande, S. S. (1991) Foods of Plant Origin: Production, Technology, and Human Nutrition. AVI Book, Van Nostran Reinhold, New York.

30. New York Academy of Sciences (1996) Engineering Plants for Commercial Products and Applications. Annals of the New York Academy of Sciences Vol. 792. Vol. 792. The New York Academy of Sciences, New York.

31. Watson, J. M. (1995) Improving the nutritional and functional qualities of plant food through genetic engineering. Proc Nutr Soc Aust 19: 73-79.

   

 




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