Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Despertando plantas dormidas con plasmas


Los cultivos comerciales, como las uvas, los melocotones, las bayas y los bulbos de flores, permanecen inactivos en el invierno, esencialmente durmiendo durante el frío estacional antes de que continúen creciendo, floreciendo y fructificando nuevamente en los meses más cálidos.


Una preocupación crítica para los agricultores comerciales es tener un crecimiento de árboles bueno y sincronizado. El problema en los climas templados de invierno es que las plantas no reciben suficiente enfriamiento, y la reanudación del crecimiento se extiende con algunos brotes que incluso no crecen. 


American Physical Society.

Cuando los huertos de árboles inactivos comienzan a crecer aproximadamente al mismo tiempo, esto generalmente hace que el cuidado de los árboles y la cosecha sea más fácil y menos costoso, pero el crecimiento de los árboles y su sincronización están controlados por las imprevisibles maniobras del clima invernal.

Ahora, un grupo de científicos de la Universidad Jazan de Arabia Saudita ha descubierto una nueva forma efectiva de controlar la latencia de las uvas y otras plantas frutales, utilizando plasmas de alta tecnología para despertarlos del sueño de su invierno.

El trabajo puede ayudar a extender el cultivo de cultivos frutales y plantas ornamentales nativas de climas templados a partes del mundo donde los inviernos son más suaves, incluyendo el sur de los Estados Unidos, México, Brasil, el sur de Asia, el sudeste de Asia y el Medio Oriente. También puede mitigar los problemas planteados por el aumento de las temperaturas debido al calentamiento global en ciertas partes del mundo.

El trabajo fue realizado por un equipo de científicos integrado por Habib Khemira, un horticultor; Zaka-ul-Islam Mujahid, un físico de plasma; y Taieb Tounekti, un fisiólogo de plantas. «Se espera que los métodos artificiales para liberar la latencia sean más importantes en un futuro próximo debido al calentamiento global «, dijo Mujahid, quien presentará el trabajo la próxima semana en la 71ª Conferencia Anual de Electrónica Gaseosa de la Sociedad Americana de Física y la 60ª reunión anual de la División APS. de Plasma Physics, que tendrá lugar del 5 al 9 de noviembre en el Centro de Convenciones de Oregon en Portland.

Aunque el método funcionó en el laboratorio, aún debe ser probado en el campo y ser comercialmente viable y económicamente viable para beneficiar la producción de alimentos a escala industrial.

Dormir, tal vez a Bud

A medida que el frío invierno se abre camino hacia los huertos solitarios, los cultivos se sienten las noches más largas y los días más intensos y se adaptan al quedarse latentes. Comenzando en el otoño, se deshacen de sus hojas, disminuyen la actividad metabólica y entran en un estado de «sueño» en el que persistirán durante los meses fríos.

Las plantas se liberan de su sueño de Jack Frost por el frío del invierno. Perciben el frío, hacen un seguimiento de los días fríos en pleno invierno, y cuando ocurren suficientes días fríos, las plantas responden aumentando sus procesos metabólicos que conducen a la brotación y al crecimiento de los brotes cuando llegan los días más cálidos de la primavera.

Pero cuando las plantas se cultivan en regiones de invierno suave o el clima se vuelve más cálido, es posible que no reciban suficiente enfriamiento para liberar sus cogollos a tiempo. A veces, con patrones de clima poco claros, encontrará flores, frutas y capullos latentes en el mismo árbol al mismo tiempo. En todo un huerto, esto puede causar la maduración asíncrona de los cultivos, un resultado indeseable para los agricultores porque complica operaciones como el control de plagas y aumenta los costos laborales y reduce el rendimiento.

Uno de los desafíos para la agricultura moderna es encontrar maneras de aumentar el número máximo de yemas en las plantas para que crezcan, y llevar flores y frutos al mismo tiempo. Esto equivaldría a un área de hoja más grande para alimentar a la fruta en crecimiento, y a un cultivo más grande que estará listo para recoger al mismo tiempo.

Una solución novedosa que comenzó con una discusión informal

El equipo de Arabia Saudita logró una nueva forma de engañar a las plantas para que no se adormezcan sometiéndolas a plasmas, que son gases especiales, calientes e ionizados, a veces denominados el cuarto estado de la materia, junto a sólidos, líquidos y gases ordinarios. Puedes encontrar plasmas en rayos, núcleos estelares, auroras celestiales y letreros de neón de la vieja escuela.

Los científicos utilizan plasmas para todo, desde la alimentación de reactores de prueba de fusión hasta la esterilización de implantes médicos. El equipo los utilizó específicamente para tratar las vides de uva latentes.

Encontraron que la exposición al plasma causa un estrés oxidativo dentro de la planta, exactamente las mismas señales inducidas por el frío en las células de las plantas inactivas a las que responden despertando los brotes. Al tratar los brotes de uva con los plasmas, los investigadores descubrieron que podían liberar la latencia de la planta, y mucho más rápido que el clima y más seguros que los métodos artificiales existentes, que se basan en rociar los cultivos con productos químicos.

Mujahid dijo que el trabajo comenzó a partir de una conversación informal que estaba teniendo con su colega Khemira, investigador principal del Centro de Investigación y Estudios Ambientales de la Universidad de Jazan. Khemira estaba describiendo su trabajo sobre el estrés oxidativo en los brotes de uva, y descubrieron que nadie había intentado usar plasmas para causar estrés oxidativo y liberarlos de la latencia. Pronto probaron el enfoque, y funcionó. Taieb analizó las muestras y descubrió que, de hecho, el tratamiento con plasma causó un estrés oxidativo similar al que se logra con el frío natural y la cianamida de hidrógeno.

«Algunos de los resultados de nuestro primer experimento exitoso fueron fenomenales, y no podíamos creer que fuera cierto», dijo Mujahid. Incluso solo unos pocos minutos de tratamiento con plasma en brotes que nunca vieron el clima frío permitió a las plantas lograr un brote similar, si no mejor, que las plantas de control que experimentaron condiciones de frío óptimas (60 días de exposición a temperaturas de alrededor de 5 grados centígrados).

Ellos probaron el enfoque en diferentes variedades de uvas provenientes de diferentes áreas y encontraron que funcionó de manera confiable en todas ellas. Comúnmente, los productores remedian el problema de la falta de enfriamiento rociando árboles con químicos como la cianamida de hidrógeno. El problema es que la cianamida de hidrógeno u otros productos químicos solo son efectivos si la planta asegura una proporción significativa de su requerimiento de enfriamiento por frío natural. Además, la cianamida de hidrógeno también es tóxica para los seres humanos, la vida silvestre y las propias plantas. Debido a esto, el químico ha sido prohibido en varios países, dijo Khemira.

Si el enfoque nuevo y más verde que utiliza los plasmas para tratar los brotes latentes despegará dependerá de una serie de cosas, incluido si funcionará de manera efectiva en el campo y en el laboratorio. Debe probarse en otros cultivos que no sean uvas, y el costo del equipo también debe tenerse en cuenta.

«Todavía hay mucho trabajo para probar la efectividad y la factibilidad», dijo Mujahid. «Estamos en el proceso de averiguar los parámetros adecuados para llevarlo al campo, pero podría estar en uso en unos pocos años».

Khemira dijo que si se resuelven los aspectos prácticos y el nuevo enfoque resulta comercialmente viable, revolucionaría la forma en que cultivamos muchos cultivos. Los investigadores han solicitado una patente para el método y el sistema de entrega.

Más información: Presentación # PR2.12, por Zaka-ul-Islam Mujahid, Habib Khemira y Taeib Tounekti será el jueves 8 de noviembre, 12:15 pm en la sala A105 del Centro de Convenciones de Oregon. Resumen: meetings.aps.org/Meeting/GEC18/Session/PR2.12 

Proporcionado por: American Physical Society

Información de: phys.org


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