Mes: febrero 2023

Beneficios de la Materia Orgánica

Aunque la Materia Orgánica puede constituir una pequeña porción de la masa total del suelo, tiene una gran influencia en sus características y funcionalidad:

• Retención de humedad y drenaje

La materia orgánica aumenta la capacidad de un suelo para recibir y retener más agua.

La materia orgánica particulada sirve como un agente de volumen de baja densidad, ligero, similar a una esponja. Este material ayuda a crear y mantener grandes espacios porosos y canales en el suelo, que permiten que el agua se infiltre y drene, y también pequeños espacios porosos que retienen el agua. Además, los residuos vegetales que son esponjosos y absorbentes también pueden hincharse y retener agua.

Por otra parte, los residuos sobre la superficie del suelo, la protegen de los elementos atmosféricos: viento, lluvia y radiación solar. Es decir, pueden evitar la formación de una costra dura en el suelo, así como reducir los riesgos de la erosión, al desacelerar el movimiento del agua y el aire sobre su superficie.

La materia orgánica actúa como una esponja.

Debido a que la materia orgánica actúa como una esponja, puede retener agua para que esté disponible para la absorción por parte de las plantas y drenar el exceso.

La siguiente figura muestra el contenido de agua en suelos de diferentes texturas, con niveles de materia orgánica que van del 1% al 5%.

A medida que aumenta el contenido de materia orgánica del suelo, también aumenta su capacidad para retener agua. Esto es importante porque favorece una disponibilidad de agua constante para su absorción por parte del cultivo en crecimiento.

Los investigadores encontraron que mientras crecía, un cultivo de maíz usó un estimado de 0.25” de la humedad del suelo por día. En un suelo franco limoso, el maíz podría pasar tres días más antes de necesitar un evento de lluvia, si el contenido de materia orgánica se incrementa del 3% al 4%.

Esta figura también ilustra por qué las cimas de las colinas se secan mucho más rápido que las áreas bajas. Las cimas de color café claro de las colinas de Minnesota y del Este de Dakota del Norte, generalmente tienen un contenido de materia orgánica inferior al 1%. Las áreas más bajas y de color más oscuro de estos mismos sitios, pueden tener de un 3 a 5% de materia orgánica.

Tomando un promedio de 4%, el maíz en las áreas bajas de un suelo franco-arcillo-limoso puede pasar cinco días más antes de necesitar un evento de lluvia. El estrés hídrico durante el espigamiento del maíz puede reducir la formación del grano, lo que resulta en una pérdida del rendimiento del 3 al 8 % por cada día de estrés.

• Estructura del suelo

Los exudados de las plantas y los subproductos microbianos, ambos considerados materia orgánica activa, son sustancias pegajosas que ayudan a que las partículas del suelo se mantengan unidas para formar y agregados estables. Este “pegamento” de materia orgánica ayuda directamente al desarrollo del suelo al mantener la estructura de los agregados. La materia orgánica también alimenta a los microorganismos y les ayuda a crecer y metabolizar. Estas actividades promueven aún más la agregación del suelo.

Beneficios físicos de una mayor agregación

• Mejor aireación: Las raíces de las plantas y los organismos del suelo también necesitan oxígeno. Al promover el intercambio de aire con la atmósfera, la comunidad del suelo puede mantenerse activa y saludable, y pueden ocurrir reacciones químicas importantes que impactan la fertilidad.
• Mejor friabilidad o laboreo: Mejor friabilidad significa que el suelo es desmenuzable, en lugar de estar compactado y duro. La capacidad del suelo para desmoronarse facilitará la colocación de semillas y fertilizantes y creará un medio de enraizamiento ideal para las plantas.
• Menos formación de costras: Si el suelo está bien agregado, es menos probable que se forme una costra. La formación de costras evita que el agua y el aire entren en el suelo, puede evitar que emerjan las plántulas y favorece la pérdida de agua por escorrentía.
• Mejor infiltración, drenaje y almacenamiento de agua: Los suelos agregados permitirán que el agua entre y se drene en el suelo, creando una red de poros y canales a través de todo el perfil. Un suelo bien agregado tiene una variedad de formas y tamaños de poros. Después de un evento de humedecimiento, algunos poros se drenarán por completo y se llenarán de aire fresco, otros son lo suficientemente pequeños como para retener el agua, que estará disponible para la absorción de la planta.

Esta estructura ayuda a un suelo a amortiguar las fluctuaciones extremas en su contenido de humedad durante largos períodos de saturación o de sequía.

La resiliencia del suelo se refiere a la capacidad de un suelo para resistir o recuperar su estado de sanidad en respuesta a influencias desestabilizadoras (es decir, sequía, exceso de humedad y labranza).

Beneficios biológicos de una mayor agregación

• Una morada: Los microorganismos, lombrices e insectos del suelo necesitan un lugar para vivir y los agregados ayudan a proporcionar un hábitat para estos organismos. Debido a que un suelo agregado tiene poros de diversas formas y tamaños, hay un espacio para todos.
• Almacenamiento de alimentos: Dado que la materia orgánica se incorpora a los agregados a medida que se forman, estos sirven como una fuente de alimento de liberación lenta para los microorganismos y otros organismos del suelo. Aunque es posible que deban esperar hasta que los agregados se deshagan después de los ciclos de humedad/secado o de congelación/descongelación, los agregados garantizan que siempre haya un “refrigerio en la despensa”.

Fuente: Soil organic matter in cropping systems. University of Minnesota Extension.https://extension.umn.edu/soil-management-and-health/soil-organic-matter-cropping-systems#stable-organic-matter-1388661

Color del suelo y Materia Orgánica

El color café oscuro o negro de la capa superior del suelo es causado por capas de materia orgánica que cubren las partículas del suelo. Los suelos oscuros de las Grandes Llanuras del Norte contienen mucha materia orgánica estable y esto se puede detectar con solo mirar el color del suelo.

La materia orgánica estable se acumula cuando los microorganismos activos están descomponiendo continuamente la materia orgánica. Esto proporciona una serie de beneficios químicos, que se mencionarán más adelante.

Agregación del suelo

La agregación es otro proceso que estabiliza la materia orgánica en el suelo. A medida que las partículas del suelo se adhieren aglutinándose, forman agregados. Pequeños fragmentos de materia orgánica (tanto de la forma activa como de la forma estable), pueden quedar atrapados dentro de esos agregados. Cuando esto ocurre, las partículas de suelo que conforman el agregado actúan como una armadura, protegiendo la materia orgánica del ataque de los descomponedores.

Esta estabilización física (también llamada oclusión) es otra forma en la que la materia orgánica puede acumularse en el suelo, pero depende de la formación y estabilidad de los agregados.

La acumulación de Materia Orgánica requiere de mucho tiempo

La materia orgánica del suelo se acumula a través de períodos largos (años, décadas o siglos). La mayor parte de la materia orgánica del suelo es el resultado de la descomposición y agregación que ha ocurrido durante mucho tiempo.

De hecho, la mayor parte del material incorporado al suelo como residuo se consume y se respira a través de la descomposición a lo largo de algunas semanas o algunos años. Solo una pequeña porción de materia orgánica pasa a formar parte de la reserva estable cada año.

La Materia Orgánica contribuye a un suelo sano

Un suelo sano tiene una mezcla de materia orgánica activa y de materia orgánica estable. Un suministro constante de insumos orgánicos, como el estiércol y los residuos de cultivo, ayudan a formar y mantener reservas de ambos tipos de materia orgánica, las cuales que brindan una amplia gama de beneficios al suelo.

Aun cuando se piensa que los residuos de la superficie del suelo contribuyen a sus reservas de materia orgánica, la mayor parte de la materia orgánica activa que se recicla y funciona en el suelo proviene de las raíces de las plantas.

Para que las hojas y los brotes se conviertan en materia orgánica estable, deben ser consumidos por insectos y microorganismos, que en su mayoría residen cerca de la superficie del suelo.

Los residuos de cultivo que se han incorporado al suelo mediante la labranza solo se consideran materia orgánica una vez que han comenzado a descomponerse y fragmentarse en pedazos más pequeños.

Ciclo de la Materia Orgánica

Cuando se agregan al suelo materiales orgánicos, tales como residuos (hojas y raíces) o enmiendas orgánicas (estiércol y composta), se proporciona una fuente de materia orgánica activa, la cual es consumida por los organismos del suelo, que la utilizan para su metabolismo. En consecuencia, la cantidad de residuos disminuye (al ser el alimento que sostiene el crecimiento de los organismos del suelo), y el CO₂ se respira hacia la atmósfera.

Los procesos de descomposición y renovación de la biomasa liberan nutrientes, que son utilizados por las plantas y los microorganismos.

La estabilización de la materia orgánica puede ocurrir por oclusión (atrapamiento en agregados) y por adherencia a las partículas del suelo.

Los residuos frescos se descompondrán en períodos cortos (días, meses, años), mientras que las formas estabilizadas de materia orgánica tienen tiempos de transformación más largos (décadas).

Fuente: Soil organic matter in cropping systems. University of Minnesota Extension.https://extension.umn.edu/soil-management-and-health/soil-organic-matter-cropping-systems#stable-organic-matter-1388661

Con frecuencia escuchamos que la materia orgánica es uno de los componentes más importantes del suelo. ¿Pero, qué es exactamente? Una definición de libro de texto es: La fracción orgánica del suelo que incluye residuos vegetales, animales y microbianos en diversas etapas de descomposición, biomasa de microorganismos del suelo y sustancias producidas por las raíces de las plantas y otros organismos del suelo.

Simplemente, es el material del suelo que se deriva de los organismos vivos, ya sea un cadáver, un producto de desecho u otra sustancia liberada por los organismos vivos. Aunque las células microbianas están vivas, los microorganismos experimentan una rápida destrucción de la población, muy parecido a los residuos muertos, y con frecuencia se incluyen en la definición de materia orgánica del suelo.

¿Materia orgánica del suelo o carbono orgánico del suelo?

A veces, los términos materia orgánica del suelo y carbono orgánico del suelo se usan indistintamente. Esto se debe a que el Carbono (C) constituye la mayor parte de la masa de la materia orgánica. Los investigadores estiman que el carbono constituye aproximadamente el 58% de la materia orgánica del suelo. Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y otros nutrientes constituyen la masa restante. Si vemos un reporte que contabilice el Carbono orgánico del suelo (los científicos suelen hacer esto), podemos convertirlo a materia orgánica multiplicándolo por 1.7.

Niveles de Materia Orgánica del suelo

El nivel de materia orgánica del suelo en la mayoría de los suelos minerales varía desde cantidades traza hasta un 20 %. Si un suelo tiene 20% o más de material orgánico a una profundidad de 16 pulgadas, entonces ese suelo se considera orgánico y se denomina turba o mantillo dependiendo del grado de descomposición. Estos suelos taxonómicamente se denominan como un Histosol (Figura 1).

Los Histosoles constituyen solo alrededor del 1% de los suelos en todo el mundo y la mayoría de los suelos tienen un contenido mucho más bajo de materia orgánica.

Clasificaciones de la Materia Orgánica

Muchos diferentes materiales en el suelo caen bajo la definición de materia orgánica; sin embargo, no toda la materia orgánica es igual. Por ejemplo, el cadáver de un ratón y un tronco podrido se consideran materia orgánica, pero son muy diferentes en su naturaleza química y en la rapidez con que se descomponen.

Si bien existen diferentes descripciones (o fracciones) de materia orgánica en base a sus propiedades químicas, utilizaremos una forma más simplificada de pensar en la materia orgánica, esto es: Materia Orgánica Activa y Materia Orgánica Estable.

Materia Orgánica Activa

Puedes pensar en la materia orgánica activa como la porción que se está descomponiendo. La materia orgánica activa es una pequeña porción, del 10 al 20%, de la materia orgánica total en el suelo, pero es una porción importante porque alimenta la actividad microbiana y libera nutrientes en el suelo.

La materia orgánica activa contiene nutrientes que son fáciles de digerir para los microorganismos y de utilizarlos para su metabolismo. Estos materiales son bastante jóvenes, generalmente tienen menos de cinco años en el suelo. Los residuos de cultivos frescos son una buena fuente de materia orgánica activa. Los pedacitos de raíces, hojas y cadáveres de insectos que se pueden ver al observar un puñado de tierra son buenos ejemplos de esto, incluso si ya han comenzado a degradarse (Figura 2).

“La biomasa microbiana es el ojo de la aguja por donde debe pasar toda la materia orgánica”

Jenkinson, 1977

Materia Orgánica Estable

Los materiales que conforman la materia orgánica activa son diferentes de los de la materia orgánica estable, la cual constituye una porción mucho mayor de la materia orgánica total del suelo: del 60 al 90 %. A medida que los organismos del suelo digieren y descomponen materiales, ocurren varias cosas:

• Se modifica la química de la materia orgánica

• Los nutrientes se eliminan a medida que los microorganismos descomponen el material

• Se adhiere a las partículas del suelo

La materia orgánica más estable de Lamberton, MN (típica de un Molisol del medio oeste derivado de las praderas) tenía 1510 años en las 8 pulgadas superiores del suelo. Es probable que este antiguo y estable Carbono haya sobrevivido a miles de ingestiones y transformaciones microbianas.

Cuando los microorganismos mueren, los nutrientes y el Carbono de sus cuerpos se liberan para ser consumidos por otros microorganismos, o pueden quedar adheridos a las partículas de arcilla, lo que las hace más resistentes a una mayor descomposición.

Fuente: Soil organic matter in cropping systems. University of Minnesota Extension.https://extension.umn.edu/soil-management-and-health/soil-organic-matter-cropping-systems#stable-organic-matter-1388661

(Ian Scoopes, The Conversation, 2022)

El mundo está perdiendo su biodiversidad. Se estima que 41,000 especies de animales están en peligro de extinción. Los líderes mundiales se reunirán en la conferencia de biodiversidad COP15 de la ONU en Montreal en diciembre del 2022, para discutir sobre formas de revertir este deterioro.

Se espera que los participantes adopten un marco global que establezca medidas para salvaguardar la biodiversidad. Un enfoque es conservar el 30% de la superficie terrestre y marina del mundo a través de áreas protegidas y otras medidas de conservación en áreas de actividad humana limitada. Algunos activistas piden que este objetivo se cumpla para finales de la década.

No obstante, gran parte de la tierra destinada a la protección está ocupada por indígenas que pueden quedar excluidos o desplazados. Los agricultores pastoriles móviles son uno de esos grupos. Millones de pastores apacentan ganado en una variedad de entornos en todo el mundo.

Los estudios de casos de todo el mundo indican que la inclusión de las comunidades de pastores en las iniciativas de conservación puede ayudar a atender las tensiones que surgen en torno a las áreas protegidas, al tiempo que mejora la biodiversidad.

La Importancia del Pastoreo

El pastoreo móvil del ganado puede ser esencial para mantener la biodiversidad de los pastizales. El ganado migratorio dispersa semillas a grandes distancias y fertiliza los suelos con su estiércol y orina, fomentando el crecimiento de las plantas. El pastoreo y pisoteo ligero del suelo y el pasto también pueden permitir que áreas del ecosistema se regeneren después de períodos de uso intensivo.

El pastoreo también puede apoyar la supervivencia de muchas especies animales importantes.

Los lobos indios dependen de amplios espacios para deambular. Pero en los últimos años su número ha disminuido, quedando poco más de 3,000 en las praderas de la India. Sin embargo, las ovejas y cabras que pastan las comunidades de pastores en estos pastizales son presa del lobo indio.

Los cadáveres de ganado también proporcionan una fuente de alimento para las especies de buitres europeos, en peligro de extinción.

Apoyando la conservación

El programa de investigación de Pastres (Pastoralismo, Incertidumbre y Resiliencia. Lecciones globales de los márgenes), estudia cómo los pastores de ganado pueden producir alimentos en tierras que algunas personas descartan por considerarlas marginales, incluidas sabanas, montañas y desiertos. Cuidar las tierras es una parte esencial de su subsistencia. Dicho programa también destaca el conocimiento preciso que tienen los pastores de los ecosistemas en los que viven.

La investigación muestra cómo los pastores pueden ser colaboradores en los esfuerzos de conservación de la biodiversidad.

Por ejemplo, la caza furtiva de vida silvestre se ha convertido en un gran problema para la conservación en algunas partes del África Subsahariana. La respuesta común ha sido militarizar la conservación, armando a los guardabosques y excluyendo a las personas de las áreas de vida silvestre. Sin embargo, los pastores pueden reducir la incidencia de la caza furtiva de vida silvestre actuando como guardabosques. Se ha propuesto un esquema en Kenia donde los pastores alertan a las autoridades sobre la caza furtiva comercializada y protegen las fuentes de agua para el uso conjunto por parte de la vida silvestre y el ganado.

El pastoreo móvil ha sido durante mucho tiempo un componente importante de la salud ecológica en los pastizales españoles. El movimiento del ganado a lo largo de las rutas rurales llamadas caminos de arrieros permite que las semillas se dispersen a grandes distancias en los vellones y las pezuñas de las ovejas. Esto mejora la biodiversidad y las conexiones entre áreas ecológicamente importantes.

De la misma manera, los parques transfronterizos, que son áreas ecológicamente protegidas que se extienden más allá de los límites del país, permiten el uso flexible de los paisajes de pastoreo a través del movimiento. En el sur de África, la eliminación de cercas permite que el ganado y la vida silvestre, como los elefantes y los ñus, migren a través de grandes áreas y entornos diversos.

Los pastizales mal manejados donde las poblaciones de pastores han estado disminuyendo, también son propensos a incendios forestales peligrosos. Un estudio mostró cómo la agricultura de pastoreo disminuyó en áreas de Grecia que estuvieron sujetas a incendios forestales entre 1961 y 2017. Menos pastoreo de ganado ha resultado en más biomasa seca para alimentar los incendios forestales. En algunas áreas, las plantaciones forestales han reemplazado al pastoreo, aumentando aún más la vulnerabilidad de estas áreas a los incendios.

Conservación excluyente

Durante mucho tiempo se ha malinterpretado la ecología de las tierras de pastoreo. Las evaluaciones globales del impacto de la producción ganadera con frecuencia pintan a todos los sistemas ganaderos como enemigos de la naturaleza. La falta de diferenciación entre estos sistemas ha resultado en que los políticos acusen a los pastores de contribuir a la degradación ambiental.

Las intervenciones de conservación se han utilizado como excusa para desalojar a los pastores de sus tierras. Los pastizales se han reducido para dar paso a otros proyectos como parte de un patrón más amplio de «acaparamiento verde» en los últimos años. Los pastizales de pastoreo se han reutilizado para inversiones ambientales, incluidos proyectos forestales, esquemas de compensación de Carbono, producción de biocombustibles y ecoturismo. Pero con frecuencia, los pastizales no son adecuados para los esquemas de plantación de árboles propuestos por quienes abogan por la reconstrucción de las áreas de pastoreo. Las prácticas pastoriles cuestionan la idea de conservación de que el mejor tipo de ecosistema es silvestre y fuertemente protegido.

Como «ecosistemas abiertos», el estado natural de los pastizales no es el de bosques con un dosel cerrado, sino una mezcla de pastos y árboles mantenidos por el fuego y el pastoreo. Dichos esquemas de conservación también pueden socavar el uso móvil de los pastizales, un enfoque que ha ayudado a los pastores a preservar estos entornos durante siglos.

A través de su flexibilidad, movilidad y adaptabilidad, los pastores pueden operar exitosamente como parte de la Naturaleza. La investigación ha demostrado cómo los pastores pueden manejar los recursos de manera que beneficien la conservación de la biodiversidad. Son estas lecciones las que deben ser centrales para la discusión en la COP15

Referencias:

The Conversation. (5 de Diciembre de 2022). How pastoral farming can help to avoid a biodiversity crisis. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-12-pastoral-farming-biodiversity-crisis.html

Un equipo de investigadores de Uganda y el Reino Unido con experiencia en botánica, agricultura y la industria del café publicaron un artículo en la revista Nature Plants, señalando que es posible que los productores de café en el mundo pronto tengan que encontrar nuevas formas de cultivar la popular planta debido al cambio climático. En su documento, el grupo describe tres opciones que posiblemente enfrenten los caficultores y cuál sería su principal opción.

Los agricultores se encuentran entre quienes probablemente se verán más afectados por el cambio climático. En esta investigación, los científicos observaron el impacto que el cambio climático ya está teniendo en la producción de granos de café. Señalan que en algunos lugares donde este se cultiva, las temperaturas están cambiando y las lluvias se están volviendo menos estables. Y eso, señalan, pone en riesgo la producción de granos de café.

Los investigadores descubrieron que los productores de café seguramente tendrán que hacer ajustes en la forma en que cultivan sus granos. Sugieren que hay tres opciones principales: pueden moverse a zonas más adecuadas, cambiar la forma en que cuidan sus plantas o cambiar a diferentes variedades cultivadas de café. Los investigadores sugieren que la tercera opción es la más viable.

Actualmente, la mayor parte del mundo bebe café elaborado con granos de café arábica o robusta. Y en los últimos años, los rendimientos han disminuido para ambos debido a que las sequías han limitado la producción en muchas áreas. Para que el café siga produciéndose, los investigadores sugieren que los caficultores consideren cambiar a plantas de café Liberica.

Señalan que la variedad se ha probado en diversos sitios y se ha encontrado que es más capaz de soportar condiciones climáticas más variables. También señalan que los granos permanecen en las plantas después de madurar, lo que facilita la cosecha.

Los investigadores reconocen que el cambio tiene sus inconvenientes: por ejemplo, los granos de café de Liberica tienen una piel más dura, lo que dificultará su procesamiento. También pueden comenzar a fermentar si no se cosechan tan pronto como maduran, lo que arruina el sabor del café. Pero los investigadores concluyen que el cambio vale la pena, porque en los próximos años, a los agricultores les podría resultar muy difícil cultivar suficientes granos de arábica para satisfacer la demanda.

Referencias:

Yirka, B. (16 de Diciembre de 2022). Possible new ways to continue growing coffee in a changing climate. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-12-ways-coffee-climate.html

(BioDesign Research, 2022)

Facilitar las interacciones entre las raíces de una planta y su ambiente externo es clave para abordar diversos problemas inminentes relacionados con la producción de alimentos, energía y sustentabilidad. Por ejemplo, las plantas con una arquitectura radicular modificada pueden reducir los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera o incluso aumentar el rendimiento de los cultivos para sostener a la creciente población humana.

Una forma de hacer esto es construyendo un «circuito genético» dentro de las células vegetales. Un circuito genético es una colección de componentes biológicos que codifican un ARN o una proteína, que permite que las células individuales realicen funciones específicas. Al interior de las células vegetales, se podría sentir las condiciones ambientales, interpretar señales y exhibir los fenotipos deseados. Sin embargo, el diseño de estos circuitos en las plantas sigue siendo un desafío.

Si bien se requiere investigación adicional para diseñar circuitos basados en plantas, los circuitos bacterianos han experimentado un enorme progreso. Hay varios componentes disponibles para diseñar circuitos bacterianos, que luego son utilizados para facilitar funciones celulares complejas. Este diseño se extiende a las raíces de las plantas, que son el sitio de interacciones críticas entre plantas y bacterias. Las Rizobacterias, bacterias de vida libre que colonizan las raíces de las plantas, tienen un impacto significativo en la sanidad de la planta, la absorción de nutrientes y la química del suelo. Por lo tanto, el diseño de su circuito genético puede usarse para diseñar plantas con cualidades deseables.

Con este fin, un equipo de investigadores, incluido el profesor José R. Dinneny y su estudiante de posdoctorado, el Dr. Christopher M. Dundas, de la Universidad de Stanford, revisaron los componentes genéticos y las mejores estrategias para diseñar circuitos de Rizobacterias. Sus hallazgos, que se publicaron en BioDesign Research, se centraron en los sensores, actuadores y especies de chasis* que se utilizan para regular los procesos del microbioma de la planta.

«Aprender acerca de los enfoques para diseñar circuitos genéticos puede ayudar a los científicos a diseñar interacciones planta-rizosfera de una manera efectiva», dice el Dr. Dundas mientras discute la motivación detrás de esta revisión.

Primero, el equipo exploró herramientas que pueden facilitar la construcción exitosa de circuitos genéticos en Rizobacterias. En particular, las herramientas bioinformáticas, la maquinaria de expresión génica ortogonal y la extracción de genomas están siendo utilizados para predecir secuencias de promotores funcionales y secuencias de sitios de enlace a ribosomas (RBS), para diseñar la transcripción y traducción en Rizobacterias.

También se están empleando herramientas de ingeniería genómica de última generación para reducir la dependencia de las Rizobacterias de la maquinaria de replicación y selección del huésped. Además, se han desarrollado una diversidad de herramientas para la construcción de plásmidos de amplio rango de huéspedes necesarios para la transformación de Rizobacterias.

Posteriormente, el equipo de investigadores debatió el «chasis rizobacteriano», que facilita la colonización efectiva de los tejidos de la raíz, y a su vez permita que el circuito funcione de manera óptima. La creación de un chasis ideal se puede lograr concentrándose en ciertos genes que regulan los rasgos de las Rizobacterias relacionados con la colonización, como la quimiotaxis, la fijación a las raíces, el grado de colonización, la formación de biopelículas y la capacidad de eludir el sistema inmunológico de la planta.

Además, es necesario seleccionar una especie de Rizobacteria competente para evitar los efectos no deseados asociados con el crecimiento bacteriano excesivo en las raíces.

Los exudados de las raíces de las plantas, a los que las Rizobacterias están expuestas de forma rutinaria, son objetivos de detección atractivos para el seguimiento de la salud de las plantas. El artículo arroja luz sobre las ventajas debido a las cuales, los reguladores transcripcionales que responden a moléculas pequeñas, como los azúcares, compuestos de nitrógeno, metabolitos secundarios y fitohormonas, son preferidos para el desarrollo de biosensores de salud vegetal o circuitos sensores. Los circuitos sensores, a su vez, ayudan a impulsar la expresión de múltiples genes y vías posteriores.

Por último, el artículo proporciona una descripción general de los «actuadores rizobacterianos» o circuitos actuadores que impulsan los fenotipos deseados en las plantas colonizadas. El diseño del actuador se puede mejorar ajustando la expresión génica biosintética, que a su vez puede mejorar la absorción de nutrientes, la tolerancia al estrés biótico/abiótico y el crecimiento de la planta.

«Las estrategias que presentamos pueden ayudar a reconfigurar los circuitos genéticos para mejorar la salud y la productividad de las plantas a través del ciclo de diseño-construcción-prueba-aprendizaje. A medida que surjan nuevas tecnologías, será interesante ver cómo las diferentes áreas de investigación bacteriana interactúan con los sensores y actuadores de Rizobacterias», comenta el Dr. Dundas.

¿Cómo pueden estos hallazgos beneficiar a las tecnologías emergentes relacionadas? «La intersección de la ciencia de los materiales con la biología sintética está cobrando mucha fuerza. Nuestros hallazgos contienen información útil para el desarrollo de materiales vivos funcionalizados, que pueden usarse para colonizar las raíces de las plantas para una variedad de aplicaciones», dice el Dr. Dundas en respuesta a esta pregunta.

Aunque los circuitos genéticos de las Rizobacterias tienen un enorme potencial para remodelar la sustentabilidad agrícola, es fundamental abordar las limitaciones técnicas, normativas y éticas alrededor de esta tecnología. Además, también debe explorarse su despliegue en condiciones climáticas diversas. No obstante, los investigadores son optimistas sobre la expansión de estos circuitos para abordar los desafíos mundiales de seguridad alimentaria y sustentabilidad.

Referencia:

BioDesign Research. (12 de Diciembre de 2022). Optimizing rhizobacterial genetic circuit designs for agricultural sustainability. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-12-optimizing-rhizobacterial-genetic-circuit-agricultural.html

(Stanford University, 2022)

Por lo general, aumentar la productividad agrícola depende de la adición de insumos, como fertilizante o agua. Un nuevo estudio realizado por la Universidad de Stanford revela que eliminar una cosa en particular, un contaminante común del aire, podría llevar a tener ganancias notables en el rendimiento de los cultivos. El análisis, publicado el 1 de junio en Science Advances, utiliza imágenes de satélite para revelar por primera vez cómo los óxidos de nitrógeno (gases que se encuentran en las emisiones de los automóviles y las emisiones industriales) afectan la productividad de los cultivos. Sus hallazgos tienen implicaciones importantes para aumentar la producción agrícola y analizar los costos y beneficios de la mitigación del cambio climático en todo el mundo.

«Los óxidos de nitrógeno son invisibles para los humanos, pero los nuevos satélites han podido mapearlos con una precisión increíblemente alta. Dado que también podemos medir la producción de cultivos desde el espacio, esto abrió la posibilidad de mejorar rápidamente nuestro conocimiento de cómo estos gases afectan la agricultura en diferentes regiones», dijo el autor principal del estudio, David Lobell, Director del Centro de Seguridad Alimentaria y Medio Ambiente de Stanford.

Los problemas con los Óxidos de Nitrógeno

Los óxidos de Nitrógeno, o NOx se encuentran entre los contaminantes más emitidos en el mundo. Estos gases pueden dañar directamente las células de los cultivos y afectarlos indirectamente a través de su papel como precursores de la formación de ozono, una toxina del aire conocida por reducir el rendimiento de los cultivos, y contaminación por partículas de aerosoles que pueden absorber y dispersar la luz solar lejos de los cultivos.

Si bien los científicos han tenido durante mucho tiempo una comprensión general del daño potencial de los óxidos de Nitrógeno, se sabe poco sobre sus impactos reales en la productividad agrícola. La investigación anterior se ha visto limitada por la falta de superposición entre las estaciones de monitoreo del aire y las áreas agrícolas, y los efectos confusos de diferentes contaminantes, entre otros problemas para el análisis en base al terreno.

Para evitar estas limitaciones, Lobell y sus colegas combinaron mediciones satelitales de verdor de cultivos y niveles de Dióxido de Nitrógeno en 2018-2020. El Dióxido de Nitrógeno es la forma principal de NOxy una buena medida del NOx total. Aunque el NOx es invisible para los humanos, el dióxido de nitrógeno tiene una interacción distinta con la luz ultravioleta que ha permitido mediciones satelitales del gas a una resolución espacial y temporal mucho más alta que para cualquier otro contaminante del aire.

«Además de ser más fácil de medir que otros contaminantes, el Dióxido de Nitrógeno tiene la característica de ser un contaminante primario, lo que significa que se emite directamente en lugar de formarse en la atmósfera», dijo la coautora del estudio, Jennifer Burney, profesora asociada de ciencias ambientales en la Universidad de California, San Diego. «Eso significa que relacionar las emisiones con los impactos es mucho más sencillo que para otros contaminantes».

Calculando el impacto de NO_x en los cultivos

Con base en sus observaciones, los investigadores estimaron que reducir las emisiones de NOx aproximadamente a la mitad en cada región, mejoraría los rendimientos en aproximadamente un 25 % para los cultivos de invierno y un 15 % para los cultivos de verano en China, casi un 10 % para los cultivos de invierno y verano en Europa occidental, y aproximadamente un 8 % para cultivos de verano y un 6 % para cultivos de invierno en India. América del Norte y América del Sur generalmente tuvieron las exposiciones más bajas a NOx. En general, los efectos parecían más negativos en las estaciones y lugares donde el NOx probablemente promueve la formación de ozono.

«Las acciones que se tomen para reducir los NOx, como la electrificación de vehículos, se superponen estrechamente con los tipos de transformaciones energéticas necesarias para frenar el cambio climático y mejorar la calidad del aire local para la salud humana», dijo Burney. «La principal conclusión de este estudio es que los beneficios agrícolas de estas acciones podrían ser realmente sustanciales, suficientes para ayudar a aliviar el desafío de alimentar a una población en crecimiento «.

Investigaciones anteriores de Lobell y Burney estimaron que las reducciones en ozono, contaminación por partículas, dióxido de nitrógeno y dióxido de azufre entre 1999 y 2019 contribuyeron aproximadamente al 20 % del aumento en el rendimiento del maíz y la soya de los Estados Unidos durante ese periodo, lo que representa un incremento de alrededor de 5 mil millones de dólares por año.

El análisis futuro podría incorporar otras observaciones satelitales, incluida la actividad fotosintética medida a través de la fluorescencia inducida por la luz solar, para comprender mejor los efectos del dióxido de nitrógeno en los diversos grados de sensibilidad de los cultivos al gas durante la temporada de crecimiento, según los investigadores. De manera similar, un examen más detallado de otros contaminantes, como el dióxido de azufre y el amoníaco, así como de variables meteorológicas, como la sequía y el calor, podría ayudar a explicar por qué el dióxido de nitrógeno afecta a los cultivos de manera diferente en diferentes regiones, años y estaciones.

«Es realmente emocionante cuántas cosas diferentes se pueden medir desde los satélites ahora, muchas de ellas provenientes de nuevos satélites europeos», dijo la coautora del estudio Stefania Di Tommaso, analista de datos de investigación en el Centro de Seguridad Alimentaria y Medio Ambiente de Stanford. «A medida que los datos siguen mejorando, esto realmente nos impulsa a ser más ambiciosos y creativos como científicos en el tipo de preguntas que hacemos».

Referencias:

Stanford University. (1 de Junio de 2022). Less air pollution leads to higher crop yields, study shows. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-06-air-pollution-higher-crop-yields.html

(by Leah Burrows, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, 2022)

No se necesita tener un Doctorado en agricultura para saber que el agua es fundamental para la producción de cultivos. Sin embargo, durante años, personas como Jonathan Proctor, quien tiene un Ph.D. en Agricultura y Economía de Recursos de la Universidad de California Berkeley, han estado tratando de explicar por qué la importancia del agua no se considera en los modelos estadísticos de rendimiento de cultivos.

«Los estudios que analizan cómo responden los rendimientos de los cultivos a la temperatura y a la lluvia tienden a encontrar que la temperatura es mucho más importante que el agua, aunque a partir de la fisiología vegetal entendemos que tanto la temperatura como el suministro de agua son realmente importantes para los cultivos», dijo Proctor, un becario postdoctoral del grupo del profesor Peter Huyber, en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson en Harvard (SEAS). «Resolver este rompecabezas es fundamental para cuantificar cómo el cambio climático afectará los rendimientos globales de los cultivos».

El equipo de investigación tenía una hipótesis: ¿Y si los modelos estuvieran midiendo el tipo de agua incorrecto?

En lugar de medir la precipitación, como lo habían hecho estudios anteriores, el equipo de Harvard utilizó satélites para medir la humedad del suelo alrededor de la zona de las raíces en plantas de maíz, soya, mijo y sorgo producidas alrededor del mundo. Se encontró que los modelos que utilizan la humedad del suelo explican entre un 30 % y un 120 % más de la variación anual en el rendimiento de los cultivos que los modelos basados en la lluvia.

«La lluvia y la humedad del suelo pueden diferir muy notablemente debido a la evaporación, la infiltración y la escorrentía», dijo Proctor. «Lo que cae del cielo no es necesariamente lo que hay en el suelo para que lo absorban los cultivos, y encontramos que lo que está en el suelo para que lo absorban los cultivos es lo que realmente importa para su rendimiento».

Usando observaciones satelitales de la humedad del suelo junto con un enfoque estadístico, el equipo pudo separar y entender mejor las influencias individuales de la temperatura y el suministro de agua en el rendimiento, que a menudo se confunden porque el calor y la sequía están fuertemente correlacionados.

Específicamente, el equipo encontró que el calor extremo es menos perjudicial para el rendimiento de los cultivos de lo que estimaron los modelos anteriores, lo que redujo los daños proyectados por el calentamiento. Pero el equipo también encontró una mayor sensibilidad a la sequía y las inundaciones.

«Cuando se trata de predecir la productividad agrícola en un clima cambiante, debemos considerar cómo evolucionarán conjuntamente la temperatura y la disponibilidad de agua», dijo Huybers, profesor de Ciencia Ambiental e Ingeniería en SEAS y Ciencias Planetarias y de la Tierra.

«En comparación con la temperatura, los cambios en la disponibilidad de agua serán más regionales y estacionales, de modo que las estrategias regionales de planificación y manejo pasarán a primer plano para hacer frente al cambio climático».

El equipo planea usar esta mejor comprensión de cómo la humedad del suelo y la temperatura influyen en la productividad agrícola global para explorar cómo el cambio climático puede afectar otros aspectos del bienestar humano, tales como las decisiones de migración o la estabilidad de los suministros de alimentos.

El artículo fue publicado en Nature Food.

Referencias:

Burrows, L. (19 de Septiembre de 2022). A better understanding of crop yields under climate change. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-09-crop-yields-climate.html