Muchas partes del mundo ya están experimentando una sequía récord. El calentamiento global aumentará la intensidad y frecuencia de las sequías en el futuro. Se ha demostrado que la sequía reducir los rendimientos de varios cultivos de 30-92% dependiendo del momento del inicio de la sequía y la etapa del cultivo.

Estudiar el flujo y la función del agua en las plantas y su entorno es la clave para comprender el impacto de la sequía. Los modelos de plantas son herramientas poderosas que pueden capturar y conectar el conocimiento detallado de los procesos fisiológicos de las plantas. A pesar del importante papel del agua en la función de la planta, muchos modelos no simulan la hidráulica del agua (es decir, el movimiento).

Dr. Tom De Swaef, investigador asociado del Instituto de Investigación de Agricultura, Pesca y Alimentos de Flandes (ILVO) en Bélgica y colegas revisa el uso actual y potencial de la hidráulica del agua en modelos computacionales en un nuevo artículo publicado por in silico Plantas.

Este artículo comienza con una introducción fácil de entender sobre el papel del potencial hídrico en el transporte de agua por toda la planta. El potencial hídrico es una medida de la energía libre del agua; impulsa el flujo de agua desde el suelo, a través de la planta y hacia la atmósfera. La introducción incluye ecuaciones básicas para calcular el potencial hídrico en fase líquida y gaseosa y factores que afectan el potencial hídrico (p. ej., temperatura y altura de la planta). También se da cuenta del uso de diferentes terminologías y unidades entre las comunidades científicas.

Un diagrama que describe cómo el agua pasa del suelo a las raíces y sube por el tallo hasta las hojas y las flores. El diagrama es simple y audaz y no se confundiría con una planta vascular real.
Figura 1: Esquema de flujo de agua y conductancia a través de una planta.

Luego, los autores profundizan en cómo se modela el flujo de agua a lo largo de la ruta de transpiración dividiendo la ruta en entidades funcionales (consulte la Figura 1):

  • suelo a raíz – explica los modelos básicos de transporte de agua y su evolución. La discusión incorpora el desarrollo más reciente de capturar la conductividad hidráulica del suelo mediante el modelado de las características de la rizosfera en lugar del suelo a granel.
  • epidermis de la raíz al xilema de la raíz – describe las vías para el transporte del agua e incluye factores fisiológicos que pueden afectar los valores de los parámetros de conductancia hidráulica y ósmosis.
  • verticales en el interior xilema – describe el papel del xilema y su composición. Detalla cómo se produce la sobreestimación de la conductancia hidráulica debido al transporte de agua que se produce en la matriz de la pared celular y las burbujas de aire dentro del xilema.
  • hoja xilema a sitios de evaporación (hoja) – describe los rasgos anatómicos de las hojas que afectan la conductancia y el uso de modelos para determinar los factores ambientales que afectan la conductancia hidráulica.

Posteriormente, los autores investigan cómo la hidráulica está relacionada con otros procesos fisiológicos de las plantas en modelos como el transporte del floema, la conductancia estomática y el crecimiento de las plantas.

Finalmente, los autores sintetizan cómo el potencial hídrico puede servir como una variable de modelo central que conecta múltiples mecanismos ecofisiológicos en modelos de plantas (ver figura 2). Las implementaciones recientes de la hidráulica en modelos de biosfera terrestre a gran escala mejoraron su rendimiento en condiciones de agua limitada, mientras que las características hidráulicas de los modelos de plantas funcionales-estructurales detallados recientes abren nuevas posibilidades para diseccionar rasgos complejos para la tolerancia a la sequía. Estos desarrollos en modelos a través de escalas merecen una evaluación crítica para evaluar su potencial para un uso más amplio en modelos de plantas funcionales-estructurales y en modelos de sistemas de cultivos, donde la hidráulica todavía está ausente.

Potencial hídrico relacionado con otras variables, incluida la conductancia estomática, el transporte del floema y el aborto de flores.
Figura 2: Potencial hídrico como variable central que conecta los procesos fisiológicos de las plantas.

Luego, evalúan el potencial de los modelos hidráulicos para identificar rasgos fenotípicos interesantes para la tolerancia a la sequía. Los modelos de plantas funcionales y estructurales y los modelos de sistemas de cultivos capturan los efectos de las condiciones ambientales dinámicas en los mecanismos fisiológicos de las plantas que sustentan la respuesta integrada de la planta y el fenotipo resultante. Por lo tanto, ambos tienen el potencial de usarse para identificar rasgos fenotípicos para la tolerancia a la sequía. Sin embargo, esto requiere una representación precisa de los mecanismos fisiológicos relevantes que afectan la hidráulica en el modelo, como se describió anteriormente.

LEE EL ARTÍCULO:

Tom De Swaef, Olivier Pieters, Simon Appeltans, Irene Borra-Serrano, Willem Coudron, Valentin Couvreur, Sarah Garré, Peter Lootens, Bart Nicolaï, Leroi Pols, Clément Saint Cast, Jakub Šalagovič, Maxime Van Haeverbeke, Michiel Stock, Francis wyffels, Sobre el papel fundamental del potencial hídrico para modelar los procesos fisiológicos de las plantas, in silico Plants, 2022;, diab038, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diab038

Este manuscrito es parte de in silico Plant's Edición especial del Modelo Estructural Funcional de la Planta.