Los experimentos innovadores que utilizan parcelas de campo con temperatura controlada han ayudado a explicar el vínculo entre las temperaturas tempranas del invierno y el rendimiento en algunos de nuestros cultivos herbáceos más comercializables.
por el Centro John Innes
La tecnología de laboratorio y de campo permitió al equipo de investigadores del Centro John Innes simular temporadas de crecimiento completas y establecer que el enfriamiento es importante a fines de noviembre o principios de diciembre porque promueve el crecimiento durante el desarrollo floral temprano del cultivo.
Demostraron que las plantas de colza pueden pasar por una fase de desarrollo conocida como inactividad de los botones florales si la temperatura invernal es demasiado cálida. Este proceso fisiológico ocurre cuando los cogollos microscópicos recién formados permanecen inactivos esperando que las bajas temperaturas indiquen el crecimiento y se entiende bien en las plantas perennes que crecen año tras año.
No se sabía que existiera esta etapa de desarrollo en los cultivos anuales (aquellos que completan su ciclo de vida en una temporada de crecimiento).
Las plantas de colza que se enfriaron en esta etapa clave de desarrollo se desarrollaron más rápido y tuvieron un mayor rendimiento, produciendo más semillas por vaina. Por el contrario, las plantas cultivadas en condiciones más cálidas crecieron lentamente y tuvieron un rendimiento menor.
El profesor Steve Penfield, líder de grupo en el Centro John Innes, dice que «fue sorprendente descubrir que las plantas anuales de invierno tienen esta inactividad de los botones florales; nadie ha sugerido nunca que este mecanismo sea importante para el control del tiempo de floración en las plantas anuales. Nuestros experimentos profundizan muestran que si los botones florales experimentan temperaturas más cálidas que el promedio, el crecimiento se ralentiza y las plantas producen flores aberrantes y un bajo rendimiento. Por el contrario, sabemos que si las plantas se enfrían en esta etapa, esto promueve un crecimiento más rápido y un mayor rendimiento».
Estudios anteriores han mostrado una fuerte correlación entre las temperaturas de finales de noviembre y principios de diciembre y el rendimiento en cultivos como la colza, que son anuales de invierno, se plantan en otoño y se cosechan el verano siguiente.
Las temperaturas más frías durante esta ventana climática están relacionadas con rendimientos más altos, mientras que las temperaturas más cálidas dan como resultado rendimientos más bajos. Las diferencias en las condiciones durante esta importante ventana climática explican una variación de hasta el 25% del rendimiento total.
Comprender las razones detrás de las correlaciones estadísticas entre el clima y el rendimiento es importante para predecir el impacto del cambio climático en la producción de cultivos y podría usarse para desarrollar estrategias para adaptar el cultivo para producir mayores rendimientos con inviernos más cálidos.
El primer autor del artículo, el Dr. Carmel O’Neil, dice que «quieren comprender el efecto del cambio climático en el rendimiento de los cultivos del Reino Unido. Para predecir estos efectos y responder a ellos, debemos comprender todos los procesos por los cuales el clima variable afecta el rendimiento». Y eso es lo que hemos hecho aquí en este estudio, demostrando experimentalmente lo que hemos visto previamente en estudios correlacionados».
En lo que se cree que es un conjunto único de experimentos, los investigadores utilizaron salas de ambiente controlado en interiores programadas para simular una temporada de crecimiento anual de invierno en función de los datos meteorológicos recopilados de una granja.
Después de la prueba en interiores, controlada en laboratorio, el equipo trasladó el experimento a una prueba de campo, utilizando un sistema de parcelas de campo con calefacción al aire libre en el sitio de experimentación y pruebas de campo del Centro John Innes, Church Farm.
Los resultados de las pruebas de laboratorio y de campo fueron los mismos, las condiciones más cálidas llevaron a un crecimiento más lento y un rendimiento reducido.
Utilizando técnicas moleculares, el equipo analizó los genes expresados en los tejidos de las yemas de las plantas de colza que se vieron afectadas por los cambios de temperatura. Esto mostró que un gen de respuesta al frío previamente conocido llamado FLC estaba mediando la respuesta de latencia de las yemas de las plantas a las temperaturas invernales.
El profesor Penfield agregó que «habían visto esta correlación entre el enfriamiento y el rendimiento en los datos, pero hasta ahora no podíamos decir que el enfriamiento estuviera relacionado con la fisiología del cultivo; no es, por ejemplo, que el enfriamiento solo mate alguna enfermedad o plaga». aunque también podría hacer eso. Pero ahora sabemos por qué el enfriamiento influye en los rendimientos y se debe al efecto físico en la tasa de crecimiento de las plantas».
Investigaciones anteriores han identificado la importancia de la temperatura en un proceso de desarrollo biológico de las plantas llamado vernalización, que ocurre en octubre en las plantas de colza.
Al identificar que hay un segundo proceso sensible a la temperatura, la latencia de las yemas, que ocurre más adelante en la temporada de crecimiento, los investigadores y los mejoradores pueden ayudarnos a responder mejor al desafío del cambio climático. Una estrategia que se está considerando es identificar variedades que sean menos sensibles a la temperatura .
La investigación fue publicada en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Más información: El calentamiento invernal controla el tiempo de floración a través de la activación de la latencia de las yemas y afecta el rendimiento en un cultivo anual de invierno,
Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.2204355119
