Mientras el mundo se concentra no solo en resolver la crisis climática sino también en sostener el suministro mundial de alimentos, los investigadores necesitan herramientas para evaluar cómo los contaminantes atmosféricos afectan los cultivos.
por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Durante la última década, la comunidad agrícola ha recurrido a mediciones de fluorescencia de clorofila (SIF) inducida por el sol para detectar estrés en las plantas.
Las plantas absorben la luz del sol para impulsar la fotosíntesis, y la energía no utilizada se emite en forma de calor y un pequeño brillo invisible al ojo humano, denominado fluorescencia. Desde que se generó el primer mapa global SIF en 2011, los investigadores han utilizado SIF para investigar la dinámica de la fotosíntesis. Por ejemplo, se ha utilizado para determinar cómo los altos niveles de dióxido de carbono (CO 2 ) o la temperatura elevada afectan las propiedades de una planta.
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Ahora, un equipo de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign y el Servicio de Investigación Agrícola del USDA ha utilizado SIF para medir los efectos del nivel elevado de ozono (O 3 ) en las plantas de soja. El equipo publicó sus hallazgos en el Journal of Experimental Botany.
“Los investigadores han descubierto que SIF es una forma más rápida, segura y no invasiva de estudiar la fotosíntesis”, señaló Genghong Wu, primer autor del trabajo y ex doctor. estudiante del Departamento de Recursos Naturales y Ciencias Ambientales, bajo la supervisión del Prof. Kaiyu Guan, autor principal del trabajo. “Por eso se ha vuelto tan popular. La novedad de este estudio es que, por primera vez, se utilizó SIF para medir el estrés elevado de ozono en la soja en el campo”.
El ozono es un contaminante atmosférico perjudicial y costoso para los agricultores. Las instalaciones SoyFACE proporcionan un banco de pruebas para estudiar los efectos de la contaminación por ozono en el campo. Está administrado por la científica y profesora Lisa Ainsworth del USDA ARS. Para el estudio actual, diseñó el experimento de O 3 elevado con cuatro parcelas como control y otras cuatro parcelas con cantidades más altas de O 3 .
El equipo utilizó un sistema espectroscópico portátil colocado aproximadamente a medio metro por encima del dosel de la planta para tomar sus mediciones tanto en las parcelas de control como en las de O 3 elevado. Descubrieron que el aumento de los niveles de O 3 daba como resultado una disminución en el SIF, hasta en un 36 por ciento durante el temporada de crecimiento tardía.
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Junto con el SIF se midieron simultáneamente otros procesos asociados con la fotosíntesis, como el transporte de electrones y el intercambio de gases entre las hojas. “Cuando observamos que esos niveles disminuyen con niveles más altos de ozono, nos confirmó que una disminución en SIF es un signo de estrés”, dijo Ainsworth.
Aunque el SIF está directamente relacionado con la fotosíntesis (el proceso mediante el cual las plantas absorben la luz y la convierten en energía química ), no es el único factor que influye en el SIF. Pero Wu señala que la fotosíntesis de las plantas, combinada con medidas del tamaño de las plantas[MAD3], puede dar a los agricultores una buena estimación del rendimiento.
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Una de las ventajas de SIF es que es escalable. Actualmente, Wu estudia en Alemania con colegas, que utilizan aviones que vuelan a 1 kilómetro del suelo para evaluar los efectos del SIF en un campo completo. Junto con el profesor Kaiyu Guan, director fundador del Centro de Sostenibilidad de Agroecosistemas y compañero investigador de este estudio, Wu espera utilizar el método para rastrear la fotosíntesis en regiones de todo el mundo desde un satélite que orbita la Tierra.
“Queremos utilizar SIF para estimar o monitorear la dinámica de la fotosíntesis a escala regional o global”, reiteró Wu. “Para hacer eso, también necesitamos comprender mejor la relación mecanicista entre SIF y la fotosíntesis “.
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Los experimentos que estos colegas realizaron en SoyFACE para vincular el SIF con la contaminación del aire están ayudando a desarrollar esa comprensión mecanicista.
Más información: Genghong Wu et al, La fluorescencia de la clorofila inducida por el sol captura los efectos del ozono elevado en la estructura del dosel y la aceleración de la senescencia en la soja, Journal of Experimental Botany (2023). DOI: 10.1093/jxb/erad356
