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Cultivos de “revolución verde” criados para reducir el uso de fertilizantes

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Un gen que mejora la capacidad de las plantas para absorber nitrógeno podría usarse para reproducir variedades de alto rendimiento de arroz, trigo y otros cultivos básicos que necesitarían menos fertilizante, informan investigadores el 15 de agosto en Nature 1 . Eso podría reducir los costos para los agricultores de todo el mundo y ayudar a limitar el daño ambiental que se produce cuando el agua rica en nitrógeno y el suelo se lavan desde los campos agrícolas hasta los ríos y los océanos.

La investigación se centró en los cultivos criados durante la “revolución verde” de la década de 1960, un período cuando los científicos agrícolas aumentaron los rendimientos al criar versiones más pequeñas y resistentes de cultivos comunes. Los agricultores los usaron junto con métodos de riego mejorados, pesticidas fuertes y fertilizantes eficientes. Eso hizo que la cosecha mundial de cereales creciera de 741 millones de toneladas en 1961 a 1.62 mil millones en 1985.

La revolución verde creó un arroz más resistente que necesita más fertilizante que las variedades más antiguas. Crédito: Anuwar Hazarika / Reuters

Pero el último estudio muestra que todavía hay margen de mejora, dice Kathryn Barton, científica de planta de la Carnegie Institution for Science en Stanford, California. “Si pensabas que estas variedades de revolución verde eran, que son el final de la línea, estás equivocado, porque hay más cosas que podemos hacer”, dice.

Eso es porque los cultivos modernos tienen una debilidad: no pueden absorber nitrógeno tan bien como los cultivos tradicionales, por lo que necesitan una gran cantidad de fertilizantes para crecer. Solo en 2015, los agricultores del mundo utilizaron aproximadamente 104 millones de toneladas de fertilizante rico en nitrógeno.

Esa práctica es costosa para los agricultores y perjudicial para el medio ambiente, dice el coautor del estudio Xiangdong Fu, un genetista de plantas del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia China de Ciencias en Beijing. Cuando la escorrentía rica en nitrógeno de los campos agrícolas llega a los ríos, lagos y océanos, puede alimentar las floraciones masivas de algas que consumen oxígeno y sofocan a los organismos acuáticos. “Es por eso que tenemos que buscar nuevas variedades, que puedan producir altos rendimientos pero con menos fertilizantes”, dice Fu.

Para hacer eso, él y sus colegas examinaron el papel de las moléculas llamadas proteínas DELLA que habían sido identificadas como la causa de la pobre absorción de nitrógeno y baja estatura de las plantas de revolución verde. En cultivos convencionales, estas proteínas son destruidas por hormonas que estimulan el crecimiento de las plantas. Pero las proteínas DELLA florecen en los cultivos de revolución verde porque las plantas son inmunes a la influencia de las hormonas, o producen menos de ellas.

Proteína vs proteína

Fu y sus colegas querían encontrar una forma de combatir la acumulación de proteínas DELLA. Comenzaron su búsqueda comparando el ADN de 36 variedades de arroz enano y observando la capacidad de las variedades para absorber nitrógeno. Los científicos identificaron dos genes que controlan el consumo de nitrógeno: uno que codifica las proteínas DELLA y otro que codifica una proteína llamada factor 4 regulador del crecimiento (GRF4), que se pensó que solo aumentaba el tamaño y el rendimiento del grano. El equipo de Fu descubrió que GRF4 contrarresta los efectos de las proteínas DELLA al alentar a las plantas a absorber y metabolizar nitrógeno y carbono para favorecer el crecimiento.

Luego, los investigadores criaron plantas de arroz para producir una mayor concentración de la proteína GRF4. El resultado fueron plantas cortas con altos rendimientos que requerían menos nitrógeno que las variedades convencionales de revolución verde.

La estrategia es prometedora, dice Jennifer Volk, especialista en calidad ambiental de la Universidad de Delaware en Dover. Los agricultores usan varios métodos para disminuir los daños ambientales causados ​​por el exceso de nitrógeno y otros nutrientes de las plantas, como la construcción de humedales cuyas plantas acuáticas filtran el exceso de nitrógeno y fósforo del agua antes de que drene a arroyos y ríos, dice ella. “Avanzar en el siguiente paso (hacer que el cultivo sea más eficaz y eficiente para tomar esos nutrientes) haría que ese sistema aumente aún más”, dice Volk.

Pero Anna Michalak, una ingeniera ambiental en la Institución Carnegie que ha estudiado el vínculo entre el cambio climático y la escorrentía de nutrientes en los sistemas de agua, es más cautelosa sobre las implicaciones de los hallazgos del estudio. “Cuando algo parece una situación de ganar-ganar, inmediatamente pienso que hay algo en lo que no hemos pensado”, dice. “Nunca somos lo suficientemente inteligentes como para anticipar lo que sucederá”.

Sin embargo, Fu y sus colegas están a punto de preparar una patente y ya han comenzado programas de cultivo de plantas en China. Fu anticipa que otras partes del mundo podrían ver estas nuevas razas de cultivos en cinco años.

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