En un nuevo estudio, científicos agrícolas de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y el Servicio de Investigación Agrícola del USDA muestran que la soja se ve doblemente dañada por la sequía y la contaminación por ozono, las cuales están aumentando en todo el mundo debido al cambio climático.
por Lauren Quinn, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
El estudio, «La sequía no mitiga las reducciones en la fotosíntesis y el rendimiento de la soja causadas por el ozono elevado», publicado en Plant Physiology , resuelve la cuestión de si el estrés por sequía podría realmente proteger a las plantas de soja de los efectos dañinos del ozono, que incluyen el bronceado de las hojas, la caída de las hojas y la pérdida de rendimiento.
La lógica es la siguiente: las hojas están salpicadas de miles de pequeñas aberturas llamadas estomas , que dejan entrar el dióxido de carbono y salir el vapor de agua.
Cuando detectan sequía, las plantas cierran sus estomas para conservar agua. Algunos estudios preliminares sugirieron que, al provocar el cierre de los estomas, la sequía también podría impedir que el ozono penetre en las hojas y dañe los tejidos sensibles.
«Descubrimos que realmente no era así. Hubo un impacto negativo significativo del ozono en el rendimiento, independientemente de la sequía», dijo la coautora del estudio, Lisa Ainsworth, titular de la Cátedra de Fisiología de Cultivos de la Universidad CA Ewing y profesora del Departamento de Ciencias de los Cultivos, parte de la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales de Illinois.
Para llegar a esa conclusión, el equipo de Ainsworth cultivó soja en el campo durante tres años bajo concentraciones de ozono de 100 partes por mil millones (similares a las concentraciones de verano en las regiones agrícolas de China y la India actuales), mientras excluía alrededor del 40% de las precipitaciones de cada estación.
El equipo aprovechó la instalación de enriquecimiento por concentración de aire libre de más larga duración del mundo, SoyFACE, establecida en 2001 mediante una colaboración entre el USDA-ARS y la Universidad de Illinois. La instalación permite a los investigadores manipular y mantener constantes las condiciones atmosféricas y climáticas en un campo de producción, algo que normalmente solo es posible simular a pequeña escala utilizando equipos altamente artificiales como cámaras de crecimiento.
Los investigadores midieron las características fisiológicas relacionadas con la fotosíntesis y la señalización hormonal en las plantas en crecimiento, así como el rendimiento al final de cada temporada. El ozono elevado redujo sistemáticamente la eficiencia fotosintética y el rendimiento, con menos semillas y más pequeñas en cada vaina.
El estudio de la señalización hormonal fue importante porque, en contraposición a la idea de que la sequía podría provocar el cierre de los estomas y proteger a las plantas del ozono, los científicos han planteado la hipótesis de que el ozono podría alterar la hormona ácido abscísico , que transmite la señal de sequía desde las raíces hasta los estomas. Esto significaría que los estomas permanecerían abiertos, permitiendo que el ozono penetrara y dañara la maquinaria fotosintética. Pero eso no fue lo que descubrió el equipo de Ainsworth.
«La concentración de ácido abscísico se correlacionó linealmente con la humedad del suelo, independientemente de si las plantas se cultivaban en condiciones de ozono ambiental o elevado», explicó. «Por lo tanto, no se encontró evidencia de que el ozono impidiera que las plantas respondieran a la sequía».
Entonces, aunque el ácido abscísico funcionaba correctamente y los estomas respondían a la sequía, el ozono seguía penetrando y dañando el tejido. ¿Por qué?
Ainsworth afirma que los estomas no suelen cerrarse del todo, ni siquiera en los años más secos. Con 100 partes por mil millones, cualquier cantidad de ozono que entre es problemática.
«Una vez dentro de una hoja, el ozono puede transformarse en otras especies reactivas de oxígeno que pueden entrar en las células y producir señales que indican: ‘¡Estamos bajo ataque!’, lo que provoca cambios en la expresión génica», explicó. «Con concentraciones muy altas de ozono, se puede desencadenar una respuesta de hipersensibilidad que provoca la muerte celular».
Aunque las concentraciones de ozono en el Cinturón del Maíz de EE. UU. son inferiores a las 100 partes por mil millones analizadas en el estudio, el umbral de daño es de tan solo unas 40 partes por mil millones. Ainsworth afirma que las concentraciones en el Cinturón del Maíz suelen superar ese nivel durante la temporada de cultivo y se prevé que aumenten hasta 2070.
También afirma que los agricultores podrían no reconocer los daños causados por el ozono porque los síntomas podrían confundirse con enfermedades u otros daños ambientales. Espera que su último estudio concientice a agricultores, ganaderos y legisladores.
La sequía y la contaminación por ozono son solo una parte de nuestro entorno de crecimiento actual. Comprender cómo interactúan estos factores nos ayudará a diseñar prácticas que puedan mitigar sus efectos. Al considerar los objetivos de mejora de los cultivos, independientemente de si hay sequía o no, mejorar la tolerancia al ozono será clave.
El ozono es un contaminante de corta duración, lo que significa que podemos actuar al respecto a corto plazo. Nuestro trabajo demuestra que 100 partes por mil millones de ozono tienen un impacto muy significativo en el desarrollo de las semillas de soja. Si queremos aumentar la producción de inmediato, reducir la contaminación por ozono es una buena estrategia —afirmó Ainsworth—. Esto tiene solución.
Más información: Duncan G. Martin et al., La sequía no mitiga la reducción de la fotosíntesis y el rendimiento de la soja causada por el aumento del ozono, Fisiología Vegetal (2025). DOI: 10.1093/plphys/kiaf350
