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El nuevo uso de la tecnología láser revela interacciones entre raíces y organismos del suelo


Un nuevo uso de un sistema láser personalizado, desarrollado en la Facultad de Ciencias Agrícolas de Penn State hace ocho años, permite a los investigadores ver cómo los organismos del suelo afectan las raíces de las plantas. El descubrimiento tiene implicaciones para el mejoramiento futuro de cultivos más resistentes y productivos, según un equipo internacional de científicos.


por Jeff Mulhollem, Universidad Estatal de Pensilvania


«Esta investigación muestra cómo podemos usar la tomografía por ablación láser, a menudo denominada LAT, para visualizar la anatomía de las raíces de varias especies de cultivos y ver cómo los organismos del suelo, como hongos, nematodos herbívoros e insectos, interactúan con estas raíces en tres dimensiones, «dijo Jonathan Lynch, distinguido profesor de ciencias de las plantas.

El grupo de investigación de Lynch desarrolló la tecnología única en 2011 para otras aplicaciones de análisis de raíz en colaboración con el estudiante de pregrado Ted Reutzel, ahora con el Laboratorio de Investigación Aplicada de Penn State, y el actual empresario LAT Ben Hall of Lasers for Innovative Solutions (L4IS). Lynch explicó que los investigadores que usan LAT pueden medir los espectros de luz emitidos por diferentes células cortadas por el láser para diferenciar entre varios tejidos. Esta diferenciación se basa en la composición química de las células.

«LAT no solo nos puede proporcionar una perspectiva novedosa de interacciones entre raíces y organismos del suelo, sino que también podemos procesar muchas muestras de raíces en un corto período de tiempo con esta tecnología», dijo. «Esa alta tasa de rendimiento aborda una limitación importante para otros investigadores que estén interesados ​​en realizar estudios genéticos y ejecutar programas de mejoramiento para desarrollar cultivos que sean más resistentes a los patógenos del suelo».

El nuevo uso de la tecnología láser revela interacciones entre raíces y organismos del suelo.
Esquema del sistema de tomografía por ablación con láser: el láser ultravioleta pulsado se dirige a una óptica con forma de haz para transformar el haz en un haz oscilante, creando una lámina de corte. La muestra de raíz se mueve hacia la trayectoria del haz en un escenario lineal motorizado a medida que una cámara con una lente macro captura simultáneamente la anatomía expuesta cortada por el haz. Crédito: Penn State

La biota del suelo tiene efectos importantes en la productividad de los cultivos, pero son difíciles de estudiar, señaló el investigador Christopher Strock, un investigador postdoctoral en el laboratorio Lynch que encabezó el proyecto. Explicó que la tomografía por ablación con láser permite un análisis cuantitativo y cualitativo tridimensional rápido de la anatomía de la raíz, brindando nuevas oportunidades para investigar las interacciones entre las raíces y los organismos del suelo.

En el estudio, publicado recientemente en el Journal of Experimental Botany , los investigadores usaron LAT para el análisis de raíces de maíz colonizadas por hongos micorrícicos arbusculares, raíces de maíz alimentadas por el gusano de la raíz del maíz occidental, raíces de cebada parasitadas por nematodos de quistes de cereales y raíces de frijoles comunes dañadas por Fusarium hongos.

La excitación ultravioleta de los tejidos radiculares afectados por los organismos del suelo dio como resultado diferentes señales de fluorescencia natural que permiten a los investigadores clasificar los tejidos y las características anatómicas, señaló Strock. El sistema muestra muestras en tres dimensiones, lo que permite la cuantificación del volumen y la distribución de la colonización por hongos, el daño del gusano de la raíz del maíz occidental, los sitios de alimentación de nematodos y el tejido comprometido por Fusarium.

«Debido a su capacidad para procesar muchas muestras de raíz rápidamente, LAT sirve como una herramienta excelente para realizar exámenes cuantitativos grandes para caracterizar el control genético de la anatomía de la raíz y las interacciones con los organismos del suelo», dijo Strock. «Esta tecnología mejora la interpretación de las interacciones raíz-organismo en segmentos de raíz opacos relativamente grandes, brindando oportunidades para la investigación que investiga los efectos de los rasgos anatómicos de la raíz en las asociaciones con organismos del suelo».

La tomografía por ablación con láser se realiza solo en otros dos lugares del mundo: en Lasers for Innovative Solutions (L4IS) en State College, Pennsylvania, dirigida por Hall, un alumno del Departamento de Ciencia de las Plantas que coinventó la tecnología con Lynch y Reutzel. ; y en la Universidad de Nottingham del Reino Unido, que se está asociando con Penn State en iniciativas de ciencias de las plantas. El grupo de investigación Lynch está ayudando a poner en funcionamiento un nuevo sistema LAT en Nottingham.

«El objetivo final de mi laboratorio es llevar a cabo una investigación que conduzca al desarrollo de cultivos con mejor crecimiento bajo disponibilidad limitada de agua y nutrientes, y LAT es una herramienta importante que tenemos para lograr eso», dijo Lynch. «Al demostrar la versatilidad de la tecnología, allanamos el camino para que otros científicos la utilicen para abordar preguntas sobre las raíces y la interacción del suelo a nivel anatómico».


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