La bióloga de la Universidad Estatal de Washington, Mechthild Tegeder, ha desarrollado una forma de aumentar drásticamente el rendimiento y la calidad de la soja.
por Will Ferguson, Universidad Estatal de Washington
Sus plantas de soja cultivadas en invernadero fijan el doble de nitrógeno de la atmósfera que sus homólogas naturales, crecen y producen hasta un 36 por ciento más de semillas.
Tegeder diseñó una forma novedosa de aumentar el flujo de nitrógeno, un nutriente esencial, desde bacterias especializadas en los nódulos de las raíces de la soja hasta los órganos productores de semillas. Ella y Amanda Carter, una estudiante de posgrado en ciencias biológicas, descubrieron que el aumento de la tasa de transporte de nitrógeno impulsaba a las plantas a toda marcha.
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Su trabajo, publicado recientemente en Current Biology , es un gran avance en la ciencia de mejorar el rendimiento de los cultivos. Con el tiempo, podría ayudar a abordar el desafío crítico de la sociedad de alimentar a una población humana en crecimiento y al mismo tiempo proteger el medio ambiente.
“La mayor implicación de nuestra investigación es que al acelerar el proceso natural de asignación de nitrógeno podemos aumentar la cantidad de alimentos que producimos sin contribuir a una mayor contaminación agrícola”, dijo Tegeder. “Con el tiempo, nos gustaría transferir lo que hemos aprendido a otras legumbres y plantas que los humanos cultivan como alimento”.
Mejorar el rendimiento de los cereales
Las legumbres representan alrededor del 30 por ciento de la producción agrícola mundial. Están compuestos por plantas como soja, alfalfa, guisantes, frijoles y lentejas, entre otras.
A diferencia de los cultivos que dependen del nitrógeno natural y artificial del suelo, las leguminosas contienen rizobios bacterioides en los nódulos de sus raíces que tienen la capacidad única de convertir o “fijar” el gas nitrógeno de la atmósfera.
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Durante años, los científicos han intentado aumentar la tasa de fijación de nitrógeno en las legumbres alterando la función bacterioides de los rizobios o las interacciones que tienen lugar entre los bacterioides y las células de los nódulos de la raíz.
Tegeder adoptó un enfoque diferente: aumentó la cantidad de proteínas que ayudan a mover el nitrógeno desde las bacterias rizobias a las hojas de la planta, los órganos productores de semillas y otras áreas donde se necesita.
Las proteínas de transporte adicionales aceleraron la exportación general de nitrógeno desde los nódulos de las raíces. Esto inició un circuito de retroalimentación que provocó que los rizobios comenzaran a fijar más nitrógeno atmosférico , que luego la planta utilizó para producir más semillas.
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“Son más grandes, crecen más rápido y, en general, tienen mejor aspecto que las plantas de soja naturales”, dijo Tegeder. “Algunas pruebas que tenemos sugieren que también podrían ser muy eficientes en condiciones estresantes como la sequía”.
Protegiendo al medio ambiente
El nitrógeno es un macronutriente esencial para el crecimiento de las plantas. En todo el mundo se aplican grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados sintéticos para garantizar una alta productividad de las plantas.
La aplicación es un problema ambiental en países industrializados como Estados Unidos debido al alto consumo de energía, el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, la contaminación del agua y otros efectos adversos sobre los ecosistemas y la salud humana.
En los países en desarrollo, donde los fertilizantes nitrogenados son escasos, la insuficiencia de nitrógeno para las plantas da como resultado bajos rendimientos de los cultivos y suministros limitados de alimentos.
Tegeder cree que su investigación centrada en la soja podrá eventualmente aplicarse a variedades de leguminosas adecuadas para una amplia gama de climas. Uno de los principales beneficios del cultivo de legumbres como garbanzos, frijoles comunes, guisantes y soja es que no sólo pueden utilizar el nitrógeno atmosférico para su propio crecimiento, sino que también dejan nitrógeno residual en el suelo para cultivos posteriores.
Por lo tanto, aumentar la fijación de nitrógeno podría mejorar la productividad general de las plantas para los agricultores que cultivan leguminosas tanto en los países industriales como en los países en desarrollo y al mismo tiempo disminuir o eliminar la necesidad de fertilizantes nitrogenados .
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“Las legumbres con mayores rendimientos tienen enormes implicaciones para la agricultura y la producción de alimentos en todo el mundo”, afirmó Tegeder. “Nuestra investigación también tiene el potencial de ser transferida a otras plantas de cultivo que no fijan nitrógeno de la atmósfera pero que se beneficiarían de poder absorber nitrógeno de manera más eficiente del suelo”.
Su trabajo está en consonancia con los Grandes Desafíos de WSU, un conjunto de iniciativas de investigación dirigidas a grandes cuestiones sociales. Es particularmente relevante para el desafío de los recursos sostenibles y su tema de suministro de alimentos para las generaciones futuras.
VER: Controlar la química del nitrógeno del suelo
Más información: Amanda M Carter et al, El aumento de la fijación de nitrógeno y el desarrollo de semillas en la soja requiere ajustes complejos del metabolismo del nitrógeno en los nódulos y los procesos de partición, Current Biology (2016). DOI: 10.1016/j.cub.2016.06.003
