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El ‘aliento químico’ de la planta de maní podría dar pistas sobre la sequía y otras tensiones


Los productores de maní podrían algún día identificar amenazas emergentes como la sequía, las plagas o las enfermedades al probar el «aliento químico» de una planta.


por John Tibbetts, Instituto de Tecnología de Georgia


Desde el amanecer hasta el anochecer, las plantas de maní emiten compuestos orgánicos volátiles (COV) que varían en tipos y patrones dependiendo de cómo responden a diversas tensiones.

Los productores generalmente se basan en métodos de monitoreo indirecto como las pruebas de humedad del suelo para evaluar la salud de las plantas en sus campos. Pero probar directamente la respuesta al estrés podría ser más rápido, más preciso y ofrecer una gama más amplia de diagnósticos.

Ahora los científicos están trabajando en dispositivos de recolección de gas que los cultivadores podrían desplegar en los campos o en las plantas.

«Queremos aprender las mejores maneras de detectar y medir los gases que podrían estar relacionados con varias condiciones de la planta, como la sequía», dijo Wayne Daley, jefe de la división asociada e ingeniero de investigación principal del Programa de Investigación de Tecnología Agrícola en el Instituto de Investigación de Tecnología de Georgia (GTRI, por sus siglas en inglés). ).

Alrededor de 1.67 millones de acres de maní fueron cosechados en los EE. UU. En 2017, según el Departamento de Agricultura de EE. UU., 160.000 en Florida y 850.000 en Georgia. Los cacahuetes son una cosecha de $ 2.2 mil millones en Georgia, que representan el 23 por ciento de los ingresos de la hilera y los cultivos de forraje del estado, según la Comisión de maní de Georgia.

Daley y sus co-investigadores colaboran con Diane Rowland, Barry Tillman y Alina Zare, toda una facultad afiliada del Centro para la Agricultura Resistente al Estrés de la Universidad de Florida, para identificar y diseñar métodos de recolección de VOC en un campo al aire libre, una cámara ambiental y Un invernadero en Florida. El equipo de GTRI incluye a los químicos Judy Song y Dan Sabo y los científicos de datos Olga Kemenova y Milad Navaei.

«Este tipo de tecnología avanzada es lo que se necesita de manera crítica para que nuestros agricultores sigan siendo económicamente viables», dijo Rowland, profesor de fisiología en la Universidad de Florida. «La eficiencia en el uso de los recursos en la agricultura, incluida la respuesta rápida para contrarrestar los eventos de estrés como la sequía, es la clave no solo para la gestión ambiental, sino también para seguir siendo rentables bajo los crecientes costos de los insumos».

Aún así, la detección de gases relevantes en el campo sigue siendo un desafío gigante.

«Las plantas de maní liberan VOC en concentraciones muy bajas que son difíciles de medir», dijo Daley. «Queremos saber qué VOC son importantes y contarnos sobre las tensiones que son de interés para los productores». En un estudio anterior, Daley y otros científicos de GTRI aprendieron que las firmas de VOC son diferentes entre las plantas de maní en varios grados de intensidad de sequía.

Durante la temporada de crecimiento de 2017, los investigadores de GTRI colocaron barras de vidrio recubiertas con material absorbente de gas cerca de las plantas de maní. Las barras se llevaron al laboratorio y se excitaron para liberar los gases absorbidos, que se identificaron y midieron. Pero un sitio de campo es un entorno complejo con muchos factores de confusión.

Ahora los investigadores están evaluando esta técnica de medición de gas para estudiar las plantas de maní cultivadas en condiciones de laboratorio controladas.

Durante la temporada de crecimiento de 2017, los investigadores de la Universidad de Florida recolectaron los datos de campo de las plantas de maní utilizando barras de agitación recubiertas con polidimetilsiloxano (Twisters). Los gases recogidos se enviaron a GTRI para su identificación y análisis utilizando una unidad de desorción térmica.

Ahora los investigadores están evaluando esta técnica de medición de gas para estudiar las plantas de maní cultivadas en condiciones de laboratorio controladas.

Las etapas de crecimiento estacional de una planta de maní afectan las cantidades y los tipos de COV que libera. Incluso la hora del día afecta estas emisiones.

«Estamos construyendo una cámara ambiental en la que podemos imitar la humedad, la iluminación y los nutrientes de un campo natural en un día de Florida desde la mañana hasta la noche con la humedad adecuada», dijo Daley. «Este es el primer paso para probar y evaluar la técnica de medición de gases en condiciones controladas. Una vez que sepamos más sobre su desempeño y cómo aplicarlo, lo llevaremos a la Universidad de Florida para estudiarlo con plantas en un invernadero. . »

El equipo está desarrollando una línea de base de «familias» de VOC de maní que podrían identificarse en la cámara ambiental. Cada factor estresante del maní también podría estar asociado con una familia distinta de COV. Por ejemplo, los investigadores podrían simular una sequía en la cámara para estudiar los COV asociados. Pero puede haber familias de fondo de COV que compitan con o confunden una prueba de gas de sequía.

«Necesitamos entender cómo la planta de maní responde a las condiciones de salud y estrés para poder utilizar completamente los COV para la detección de sequías», dijo Sabo, un científico investigador de GTRI.

«Estamos investigando cómo los gases de interferencia compiten por el espacio en el material absorbente», dijo Song, ingeniero senior de investigación de GTRI.

«El experimento en la cámara ambiental podrá ayudarnos a comprender cómo interactúan e interfieren entre sí estos gases de interferencia y los COV basados ​​en el estrés. Con este conocimiento, podremos realizar mediciones precisas y significativas».

Una vez que los investigadores comprenden la complejidad ambiental de un campo de maní al aire libre, podrían desarrollar y refinar una prueba de gas especializada para los indicadores de estrés por sequía de maní , lo que podría ayudar a los agricultores a mejorar la programación de riego o prevenir las aflatoxinas, que son carcinógenos potenciales.

«Probablemente podría desarrollar e instrumentar el campo con sensores compactos confiables que permitan una recolección y evaluación de COV rápida y conveniente», dijo Daley. «O podríamos imaginar robots tomando muestras manualmente».


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