Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

Las plantas de color verde claro ahorran nitrógeno sin sacrificar la eficiencia fotosintética


Las hojas superiores de los cultivos absorben mucha más luz de la que pueden usar, privando de hambre a las hojas inferiores de luz. 


por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign


Los científicos diseñaron plantas con hojas de color verde claro con la esperanza de permitir que penetre más luz en el dosel del cultivo y aumentar la eficiencia y el rendimiento general del uso de la luz. Esta estrategia se probó en un reciente estudio de modelado que descubrió que las hojas con contenido reducido de clorofila en realidad no mejoran la fotosíntesis a nivel del dosel, sino que conservan una cantidad significativa de nitrógeno que la planta podría reinvertir para mejorar la eficiencia del uso de la luz y aumentar el rendimiento .

«Las hojas en la parte superior del dosel son realmente codiciosas: absorben mucha luz y no decepcionan mucho a sus hermanos y hermanas que están debajo de ellas», dijo Berkley Walker, becario postdoctoral Alexander von Humboldt de la Universidad de Düsseldorf. , quien dirigió este trabajo con el apoyo de Realizing Increase Photosynthetic Efficiency (RIPE). «Las hojas en la parte superior no son muy eficientes con esa energía luminosa, pero las hojas en la parte inferior son muy eficientes. Entonces, si pudieras tomar algo de esa luz que se acumula en la parte superior y moverla hacia abajo más profundo dentro del dosel, teóricamente, tendrías un dosel más eficiente «.

Publicado en Plant Physiology , los investigadores probaron esta idea utilizando una simulación por computadora que incorpora datos de casi 70 variedades de soja con diferentes niveles de clorofila del banco de germoplasma del Departamento de Agricultura de los EE. UU. Descubrieron que las plantas con un 20 por ciento menos de clorofila requieren teóricamente un 9 por ciento menos de nitrógeno sin penalizar la ganancia de carbono (biomasa) y el rendimiento.

«La simulación revela que la compleja estructura interior de las hojas hace que la luz rebote tanto que la luz tiene la misma probabilidad de subir y bajar», dijo el subdirector de RIPE, Don Ort, fisiólogo del USDA / ARS. Unidad de Investigación de Fotosíntesis y el Profesor Robert Emerson de Biología Vegetal y Ciencias de Cultivos en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de la Universidad de Illinois. «Cuando disminuimos la clorofila, se pierde más luz debido a la reflexión, y no obtenemos todos los beneficios de obtener luz más profunda en el dosel donde puede ser absorbida».

Las plantas de color verde claro ahorran nitrógeno sin sacrificar la eficiencia fotosintética.
Berkley Walker, becario postdoctoral Alexander von Humboldt de la Universidad de Düsseldorf, dirigió este trabajo con el apoyo de Realizing Increase Photosynthetic Efficiency (RIPE). Crédito: Jochen Müller

A continuación, están explorando si estos ahorros de nitrógeno podrían usarse para reparar otros cuellos de botella fotosintéticos, así como otras formas de aumentar la penetración de la luz en el dosel.

«No se cierra el caso en las plantas de color verde claro, pero la estrategia será un poco más matizada que simplemente colocar plantas con un contenido de clorofila más bajo», dijo Walker. «Necesitamos explorar si el verde claro se puede combinar con cambios en la arquitectura de la hoja o si podemos rediseñar las hojas para que sean más delgadas para reducir la reflectancia de la luz y mejorar la transmitancia».

Otro trabajo financiado por RIPE que modeló una disminución en el contenido de clorofila en el arroz encontró que reasignar estos ahorros de nitrógeno podría mejorar la fotosíntesis del dosel y la eficiencia del uso de nitrógeno en un 30 por ciento. Según el colaborador Xinguang Zhu, de la Academia de Ciencias de China, «la manipulación del contenido de clorofila en las hojas es una opción emocionante para explorar el aumento de la eficiencia energética y del uso de la luz. Este estudio muestra que obtener el beneficio deseado requiere una comprensión más profunda de las propiedades ópticas de la hoja y patrones de distribución de nitrógeno entre proteínas fotosintéticas en una hoja «.


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