En todo el mundo, en las desembocaduras de los ríos se encuentran zonas muertas, áreas donde las concentraciones de oxígeno son tan bajas que poca vida puede sobrevivir en todo el mundo. La causa es una afluencia de nitrógeno. Este nutriente estimula el crecimiento de las algas pero, a medida que las algas mueren, el oxígeno del agua se agota, lo que provoca la asfixia de la vida. Evitar que el nitrógeno llegue a los ríos mejoraría la situación, pero ¿cómo se puede hacer eso? El Dr. Patompong Saengwilai y sus colegas descubrieron que las raíces pueden tener la respuesta. Su investigación, publicada en el Annals of Botanymuestra cómo los pelos de las raíces pueden influir en la absorción de nitrógeno. Las plantas con mejores raíces podrían reducir la necesidad de agregar tanto fertilizante a los campos.
“El nitrógeno es una limitación importante para la producción de cultivos en todo el mundo”, dijo el Dr. Patompong a Botany One, “y, por lo tanto, los agricultores tienden a aplicar una cantidad excesiva de fertilizantes nitrogenados. Sin embargo, varios estudios han demostrado que más de la mitad del nitrógeno aplicado a los campos no es absorbido por las plantas y se filtra de la zona de las raíces. Parte del nitrógeno se convierte en gases nitrogenados, lo que provoca la contaminación del aire y parte entra en las aguas subterráneas y las fuentes de agua”.
Idealmente, los agricultores utilizarían menos nitrógeno en sus fertilizantes. Podrían hacerlo si las plantas fueran mejores para recogerlo, pero no ha quedado claro cómo lograrlo. Mirar las raíces puede parecer obvio; son cómo las plantas recolectan potasio y fósforo. Pero los botánicos habían pensado que el nitrógeno era diferente, explica el Dr. Patompong.
“El beneficio de los pelos radiculares para la absorción de nutrientes que son de difusión limitada o relativamente inmóviles en el suelo, como el potasio y el fósforo, es en gran medida predecible porque los pelos radiculares ayudan a expandir el volumen de exploración del suelo, lo que permite que las plantas accedan a más nutrientes inmóviles que los rodean. la superficie de la raíz. Sin embargo, sus funciones en la absorción de nitrógeno se han descuidado debido a la percepción común de que el nitrato, la forma dominante de nitrógeno en la mayoría de los suelos agrícolas, está fácilmente disponible para las plantas y no está limitado por la difusión. Esto es cierto en muchos casos, pero sabemos por nuestras observaciones y pocos estudios en el pasado que la disponibilidad de nitrógeno puede verse limitada por la difusión, particularmente cuando la fracción de amonio en el suelo es alta, como en los arrozales, o cuando la tasa de transpiración y el contenido de nitrógeno del suelo es bajo. Esta información nos instó a preguntarnos si los pelos de las raíces pueden beneficiar la absorción de nitrógeno de las plantas en suelos bajos en N”.
Para probar el papel de las raíces, el Dr. Patompong y sus colegas utilizaron tres enfoques. Primero, usaron el modelo funcional-estructural SimRaíz. El equipo comparó estos resultados con experimentos con genotipos de maíz con longitud de pelo de raíz variable (RHL) en ambientes de invernadero y de campo.
“Elegimos estudiar el maíz no solo porque es una de las principales fuentes de alimento para animales y humanos, sino también porque es una planta modelo que se ha estudiado intensamente. Por lo tanto, muchos recursos e información están disponibles y accesibles para investigadores y criadores de todo el mundo. Además, nuestro estudio es especial porque utilizamos líneas endogámicas recombinantes (RIL) que descienden de los mismos dos padres (B73 y Mo17), por lo tanto, representan genotipos distintos que comparten el mismo fondo genético, lo que reduce el riesgo de efectos de confusión de las interacciones genéticas. epistasia y pleiotropia. Además, estos RIL tenían características comparables de raíces y brotes en condiciones normales, pero contrastaban en la longitud del cabello de la raíz, por lo que son muy adecuados para nuestro tipo de estudio”.
Los resultados de SimRaíz proporcionó objetivos para buscar en los otros experimentos. Los autores escribieron en su artículo, “De acuerdo con SimRaíz resultados, se observó una relación positiva entre la longitud del pelo de la raíz y la adquisición de N en ambos experimentos de invernadero..., así como en la prueba de campo... Este acuerdo general entre los resultados de in silico Se destaca el campo y el invernadero, ya que cada uno de estos ambientes es distinto”.
La reducción de la disponibilidad de nitrógeno para estresar a las plantas tuvo el efecto de reducir la longitud del pelo de la raíz. Este acortamiento es importante ya que los botánicos encontraron una relación significativa entre la longitud del cabello de la raíz y el rendimiento de la planta. Las plantas de invernadero tendían a tener los mejores pelos radiculares, y esto podría deberse a que tenían el mejor medio de cultivo. “Es posible que, en condiciones de campo, la presencia de arcilla y partículas duras pueda limitar la expansión del cabello de la raíz y, por lo tanto, la longitud del cabello de la raíz en el suelo natural es más corta que en los medios artificiales a base de arena”, escriben los autores.
Obtener pelos radiculares más largos es importante para las plantas, pero los científicos querían entender por qué era así. El SimRaíz modelo sugirió que la razón era el área de superficie. Cuando se reduce la transpiración, disminuyendo el flujo de agua a través de una planta, el área de superficie aumentada de las raíces puede compensar la movilidad reducida del nitrógeno.
El Dr. Patompong dijo que si bien los resultados del equipo se basan en el maíz, deberían ser relevantes para otras plantas. “Esperamos que este conocimiento se pueda aplicar a otras especies de cultivos, pero ciertamente se necesita más investigación. Por ejemplo, el arroz también forma pelos radiculares, pero por lo general son mucho más cortos que el maíz, y el arroz se cultiva con diferentes métodos de cultivo en diferentes agroecosistemas, lo que puede afectar la formación y las utilidades de los pelos radiculares”.
Este artículo no es el primer trabajo que el Dr. Patompong ha realizado sobre las raíces. Publicaciones anteriores han examinado los sistemas de raíces del arroz y la yuca. “Mi pasión por la investigación de las raíces surge del hecho de que en realidad no sabemos mucho sobre ellas. Mirando hacia atrás en la historia humana de la domesticación de plantas hace miles de años, hemos estado seleccionando cultivos en función de sus características sobre el suelo; frutos grandes, flores grandes, perfumadas y coloridas, pero las raíces se han descuidado a pesar de que sabemos desde el principio que la clave del éxito en el cultivo de cualquier planta es tener un buen sistema de raíces”.
“No hay mucha gente estudiando las raíces de las plantas, particularmente a escala de campo porque es un trabajo “sucio” y muy laborioso. Mi experiencia como investigadora en EE. UU., Sudáfrica, Japón y Tailandia me ha demostrado que seleccionar una buena característica de la raíz puede mejorar el crecimiento de las plantas en entornos hostiles y ayudar a los agricultores a reducir las tasas de aplicación de fertilizantes, lo que mejora sus ingresos y protege el medio ambiente. ”
El Dr. Patompong corre Root Lab Tailandia en la Universidad Mahidol. Aquí no solo buscan mejorar las plantas, sino también los suelos en los que se encuentran las plantas. Otro artículo reciente del laboratorio es Respuestas de las actividades de enzimas degradadoras de aceite, metabolismo y cinética de degradación a los exudados de raíces de frijol durante la rizorremediación de suelos contaminados con petróleo crudo. Recomienda que cualquier estudiante interesado en la fitorremediación debe “hacerlo”.
“En comparación con otras tecnologías, la fitorremediación llevará algún tiempo, pero es una de las formas más ecológicas y sostenibles de limpiar el medio ambiente. Mi consejo para cualquier estudiante es encontrar inspiración y motivación en los problemas del mundo real. Si es posible, visite el lugar, vea la tierra, hable con las personas cuyas vidas se ven afectadas por la contaminación y úselos como motivación para su estudio. Descubrí que cuando comienzas tu carrera con el objetivo de contribuir a la sociedad mediante el conocimiento, las tecnologías o cualquier medio que puedas con pasión, encontrarás alegría y éxito”.
Para el Dr. Patompong, su pasión está claramente arraigada y puede ser parte de lo que impulsa sus colaboraciones académicas.
“Personalmente, lo que más me fascina de las raíces de las plantas es que me enseñan una filosofía de vida. Las raíces no solo están en los suelos, sino que interactúan con otras raíces, elementos, microbios y otra biota del suelo. Compiten y, sin embargo, se ayudan mutuamente a mantener vidas para crear un ecosistema equilibrado. Cada raíz se crea con un propósito y un pequeño cambio, incluso en la anatomía de la raíz, puede causar un cambio significativo en el crecimiento general de la planta y el ecosistema que la rodea. Todos somos parte del planeta y podemos tener un impacto positivo significativo en el mundo en el que vivimos”.
ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN
Saengwilai P, Strock C, Rangarajan H, Chimungu J, Salungyu J, Lynch JP. 2021. Los fenotipos del pelo de la raíz influyen en la adquisición de nitrógeno en el maíz. Annals of Botany. https://doi.org/10.1093/aob/mcab104
