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Las semillas recubiertas pueden permitir la agricultura en tierras marginales


Proporcionar semillas con una capa protectora que también suministre nutrientes esenciales a la planta en germinación podría permitir que crezcan cultivos en suelos que de otro modo serían improductivos, según una nueva investigación del MIT.


por el Instituto de Tecnología de Massachusetts


Un equipo de ingenieros ha recubierto las semillas con seda que ha sido tratada con un tipo de bacteria que produce naturalmente un fertilizante nitrogenado , para ayudar al desarrollo de las plantas germinantes. Las pruebas han demostrado que estas semillas pueden crecer con éxito en suelos demasiado salados para permitir que las semillas no tratadas se desarrollen normalmente. Los investigadores esperan que este proceso, que puede aplicarse de manera económica y sin la necesidad de equipos especializados, pueda abrir áreas de tierra para la agricultura que ahora se consideran inadecuadas para la agricultura.

Los hallazgos se publican esta semana en la revista PNAS , en un artículo de los estudiantes graduados Augustine Zvinavashe ’16 y Hui Sun, el postdoctorado Eugen Lim y el profesor de ingeniería civil y ambiental Benedetto Marelli.

El trabajo surgió de la investigación previa de Marelli sobre el uso de recubrimientos de seda como una forma de extender la vida útil de las semillas utilizadas como cultivos alimentarios. «Cuando estaba investigando sobre eso, me topé con biofertilizantes que pueden usarse para aumentar la cantidad de nutrientes en el suelo «, dice. Estos fertilizantes usan microbios que viven simbióticamente con ciertas plantas y convierten el nitrógeno del aire en una forma que las plantas pueden absorber fácilmente.

Esto no solo proporciona un fertilizante natural a los cultivos de plantas, sino que evita los problemas asociados con otros enfoques de fertilización, dice: «Uno de los grandes problemas con los fertilizantes de nitrógeno es que tienen un gran impacto ambiental, ya que son muy exigentes energéticamente para Produce.» Estos fertilizantes artificiales también pueden tener un impacto negativo en la calidad del suelo, según Marelli.

Aunque estas bacterias fijadoras de nitrógeno se producen naturalmente en los suelos de todo el mundo, con diferentes variedades locales que se encuentran en diferentes regiones, son muy difíciles de preservar fuera de su entorno natural del suelo. Pero la seda puede preservar el material biológico, por lo que Marelli y su equipo decidieron probarlo con estas bacterias fijadoras de nitrógeno, conocidas como rizobacterias.

«Se nos ocurrió la idea de usarlos en nuestro recubrimiento de semillas , y una vez que la semilla estuviera en el suelo, resucitarían», dice. Sin embargo, las pruebas preliminares no resultaron bien; las bacterias no se conservaron tan bien como se esperaba.

Fue entonces cuando a Zvinavashe se le ocurrió la idea de agregar un nutriente particular a la mezcla, un tipo de azúcar conocido como trehalosa, que algunos organismos usan para sobrevivir en condiciones de poca agua. La seda, las bacterias y la trehalosa se suspendieron en agua, y los investigadores simplemente remojaron las semillas en la solución durante unos segundos para producir un recubrimiento uniforme. Luego, las semillas se probaron tanto en el MIT como en una instalación de investigación operada por la Universidad Politécnica Mohammed VI en Ben Guerir, Marruecos. «Mostró que la técnica funciona muy bien», dice Zvinavashe.

Las plantas resultantes, ayudadas por la producción continua de fertilizantes por las bacterias, se desarrollaron con mejor salud que las de semillas no tratadas y crecieron con éxito en el suelo de campos que actualmente no son productivos para la agricultura, dice Marelli.

En la práctica, tales recubrimientos podrían aplicarse a las semillas ya sea por inmersión o por pulverización, dicen los investigadores. Cualquiera de los procesos puede realizarse a temperatura y presión ambiente normales. «El proceso es rápido, fácil y podría ser escalable» para permitir que granjas más grandes y productores no calificados lo utilicen, dice Zvinavashe. «Las semillas se pueden recubrir simplemente por inmersión durante unos segundos», produciendo un recubrimiento que tiene solo unos pocos micrómetros de espesor.

La seda ordinaria que usan «es soluble en agua, por lo que tan pronto como se expone al suelo, se liberan las bacterias», dice Marelli. Sin embargo, el recubrimiento proporciona suficiente protección y nutrientes para permitir que las semillas germinen en el suelo con un nivel de salinidad que normalmente evitaría su crecimiento normal. «Vemos plantas que crecen en el suelo donde de lo contrario no crece nada», dice.

Estas rizobacterias normalmente proporcionan fertilizantes a los cultivos de leguminosas, como los frijoles comunes y los garbanzos, y hasta ahora han sido el foco de la investigación, pero también es posible adaptarlos para trabajar con otros tipos de cultivos, y eso es parte de La investigación en curso del equipo. «Hay un gran impulso para extender el uso de rizobacterias a cultivos no leguminosos», dice. Una forma de lograrlo podría ser modificar el ADN de las bacterias, plantas o ambas, dice, pero eso puede no ser necesario.

«Nuestro enfoque es casi agnóstico para el tipo de planta y bacteria», dice, y puede ser factible «estabilizar, encapsular y entregar [la bacteria ] al suelo, por lo que se vuelve más benigno para la germinación» de otros tipos de plantas también.

Incluso si se limita a cultivos de leguminosas, el método podría marcar una diferencia significativa en regiones con grandes áreas de suelo salino. «Basado en la emoción que vimos con nuestra colaboración en Marruecos», dice Marelli, «esto podría ser muy impactante».

Como siguiente paso, los investigadores están trabajando en el desarrollo de nuevos recubrimientos que no solo puedan proteger las semillas del suelo salino, sino que también las hagan más resistentes a la sequía, utilizando recubrimientos que absorban el agua del suelo. Mientras tanto, el próximo año comenzarán las plantaciones de prueba en campos experimentales abiertos en Marruecos; sus plantaciones anteriores se han realizado en interiores bajo condiciones más controladas.


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