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Un estudio arroja nueva luz sobre cómo se desarrollan las plántulas de árboles jóvenes


Las primeras semanas de vida de una plántula de árbol pueden ser las más precarias.


por Kristen Morales, Universidad de Georgia


A medida que empuja nuevas raíces delgadas hacia el suelo, también llega con pequeñas hojas nuevas. El agua y la energía son preciosas. La mayoría de las plántulas nunca pasan de su primer mes en el suelo.

Pero aunque se sabe mucho sobre el proceso de crecimiento, sigue habiendo una capa de misterio en torno a los mecanismos dentro de estas pequeñas plantas. Ahora, un nuevo estudio realizado por un investigador de la Universidad de Georgia arroja algo de luz sobre los tejidos microscópicos que ayudan a que crezcan las plántulas de árboles. Los resultados podrían cambiar la forma en que los investigadores y los productores ven las primeras semanas de vida de un árbol.

«He estado trabajando en plántulas recién germinadas durante 20 años, y siento que este es uno de los primeros avances para mí acerca de lo diferentes que son, incluso de una plántula de 20 semanas», dijo Dan Johnson, profesor asistente. de fisiología arbórea y ecología forestal en la Escuela de Silvicultura y Recursos Naturales UGA Warnell. «Son estas primeras semanas de vida las que parecen ser fundamentalmente diferentes».

Johnson y un equipo de investigadores utilizaron una radiografía de alta potencia llamada sincrotrón para tomar imágenes de corte transversal extremadamente detalladas de plántulas de pino ponderosa en varias etapas de hidratación. Ubicado en la Universidad de California-Berkeley, el sincrotrón acelera los electrones a casi la velocidad de la luz, y aunque al instante matarán a una célula humana, resulta que las plantas pueden soportar la intensa energía durante un corto período de tiempo.

Estudio arroja nueva luz sobre las plántulas de árboles jóvenes
Una imagen de cómo se veía la plántula durante 24 horas aproximadamente sin agua. Cuando comienza a secarse, su núcleo central generalmente permanece intacto. Crédito: UGA

Entonces, Johnson y sus colaboradores tomaron radiografías del tallo intacto de las plántulas de pino durante varios días, tomando imágenes de lo que estaba sucediendo dentro de la planta. Las imágenes muestran imágenes en blanco y negro extremadamente detalladas que detallan bolsas de células hidratadas en gris. A medida que las imágenes avanzan y las plántulas se secan, se pueden ver bolsas de aire negras en las imágenes, casi como si los tallos se comieran de afuera hacia adentro.

Él y otros investigadores pensaron que el xilema de la planta, un sistema nervioso central de la planta, en cierto sentido, se secaría rápidamente si se quedara sin agua. Resulta que estaban equivocados, y las imágenes resultantes ofrecen información nunca antes vista sobre las primeras semanas de vida de una plántula de árbol.

«La forma en que pensamos que estas plántulas iban a fallar, hidráulicamente, a medida que se secaban, no fue en absoluto cómo fallaron», dijo. «Pensamos que el tejido vascular, el xilema, se iba a llenar de aire. Lo llamamos embolia en humanos. Pero lo que encontramos fue que no fue el xilema lo que se secó, fue todo el tejido que lo rodeaba. Incluso en algunas de las plántulas que parecían desgarradas (por falta de agua), el xilema está completamente hidratado «.

Todas las plantas tienen tejido de xilema; transporta agua por toda la planta. Y en las plantas más viejas, el xilema a menudo se seca cuando una planta se enfrenta a la sequía. Pero las imágenes que capturó Johnson muestran que la tubería de las plántulas es completamente diferente a la de sus primos mayores.

Los hallazgos aparecen en la edición de agosto del American Journal of Botany . El estudio fue apoyado por dos becas de la National Science Foundation.

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Una imagen en color obtenida disparando un láser en una sección transversal de la planta. Crédito: UGA

«Para mí, esta es la etapa de vida más vulnerable. Si una plántula va a morir, morirá en las primeras semanas de vida», dijo Johnson. «En el campo, vemos morir el 99% de las plántulas de regeneración natural ; volverás al campo un día y miles han muerto. Y mueren en lugares donde simplemente se seca demasiado rápido».

Johnson dijo que sus hallazgos apuntan a cuán sensibles son los tejidos fuera del xilema a la pérdida de agua en las primeras semanas de vida de una plántula. Cuando sobrevive una plántula cosida de forma silvestre, a menudo se debe a que ese sitio en particular tenía condiciones más favorables, como más humedad o la semilla aterrizó en una depresión donde estaba más protegida de los elementos.

Además de las imágenes detalladas en blanco y negro, el equipo también hizo imágenes en color correspondientes de los tallos de las plántulas con un láser, utilizando un proceso llamado microscopía confocal. Las diferentes células se reflejan en diferentes colores, creando un arco iris de círculos que los investigadores pueden usar para identificar mejor las partes del tallo.

Pero mientras los amarillos, rojos y azules son sorprendentes en las imágenes producidas con láser, lo que realmente le abrió los ojos a Johnson fue la realidad en blanco y negro de los tallos diezmados y secos y su núcleo central, que fue el último en dar arriba.

«Estaba completamente conmocionado. No era lo que ninguno de nosotros esperaba en el periódico», dijo Johnson, señalando una imagen de un tallo marchito que parece casi masticado. «Eso es a un nivel de desecación que mataría a esa planta. Entonces, tener ese xilema tan lleno cuando está tan muerto es contrario a la intuición».

Mientras que el descubrimiento podría llevar a más preguntas que respuestas, notas Johnson que la supervivencia del xilema pueden cambiar la acción plantas se entienden primeras semanas. Es casi como si, dijo, las primeras hojas que emergen de una plántula estuvieran conectadas a un conjunto de tejidos completamente diferente. «El xilema podría no ser el conducto de las primeras hojas de la planta, lo cual es extraño porque eso es lo que aprendimos en fisiología vegetal», agregó.


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