Nuevo modelo podría reducir la dependencia en nitrógeno

Con frecuencia, los productores deben aplicar fertilizantes nitrogenados a sus cultivos para mantener la calidad y mejorar los rendimientos. En el 2011, a nivel mundial, los productores utilizaron más de 100 millones de toneladas de nitrógeno, de acuerdo con la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). En el mismo año, tan solo Estados Unidos produjo e importó nitrógeno con un valor de más de $37 mil millones de dólares. Actualmente, los investigadores de la Universidad de Missouri (MU) están trabajando para tratar de reducir las aplicaciones de nitrógeno a las plantas, lo cual ayudará a reducir los costos de producción y permitirá desarrollar plantas más sanas, eliminar los escurrimientos en las fuentes de suministro de agua y proporcionara alimentos a una población mundial en crecimiento; reportó  Jeff Sossamon, de la Oficina de Comunicaciones de la Universidad de Missouri.

Fernanda Amaral, estudiante de Doctorado en la Universidad de Missouri e investigadora del Centro de Ciencias de la Vida  (Life Sciences Center), encontró que la menor dependencia en el nitrógeno podría empezar con un tipo muy sencillo de gramínea, Setaria viridis y la relación que sostiene con bacterias que se desarrollan de manera natural.

“La fijación biológica del nitrógeno, en la que las bacterias fijan el nitrógeno atmosférico y lo transforman en amonio, es uno de los medios más rápidos que tienen las plantas para asimilar y metabolizar el nitrógeno,”, dice Amaral.  “Desde hace mucho tiempo los productores saben que las leguminosas como el frijol de soya fijan el nitrógeno, debido a una simbiosis entre la planta y las bacterias que habitan en el suelo. Normalmente, las plantas desarrollan nódulos en sus raíces. Sin embargo, ya que las plantas gramíneas que producen alimentos como el maíz, el arroz y la caña de azúcar, no forman esas estructuras especializadas, esa relación ha sido más difícil de explorar en esas plantas.  Por lo tanto, necesitábamos una planta modelo que nos ayudara a estudiar cómo se produce la fijación de nitrógeno de manera natural.”

Amaral trabajó con Gary Stacey, MSMC Profesor Emérito MSMC de Ciencias Vegetales y Bioquímica en la Universidad de Misouri; al igual que con científicos brasileños de la Universidad Federal de Paraná y de la Universidad de Santa Catarina para encontrar un sistema de modelo vegetal que fuera fácil de germinar, además de los suficientemente pequeño para poder ser estudiado y cuyo genoma ya hubiese sido secuenciado.  Los investigadores estudiaron más de 30 genotipos de la gramínea Setaria viridis, buscando una respuesta fuerte de fijación de nitrógeno al introducir tres cepas diferentes de bacterias.

Las plantas fueron trasplantadas posteriormente a un suelo sin nutrientes. Al eliminar el nitrógeno del suelo, los científicos pudieron asegurarse de que las bacterias fueran la única fuente de nitrógeno para las plantas gramíneas que estaban estudiando.

Para probar que las bacterias realmente fijaban el nitrógeno utilizado por las plantas, fue necesario exponer las plantas a isótopos radioactivos en el Laboratorio Nacional Brookhaven, de la ciudad de Nueva York. El proceso inició con Nitrógeno 13, un radioisótopo inestable que mostró exactamente dónde y con qué rapidez era absorbido este nutriente de las bacterias. El equipo determinó que la bacteria Azospirillum brasilense, que había sido utilizada comercialmente en Sudamérica para mejorar el crecimiento de los cultivos, era la mejor opción.

“Queríamos identificar a los genes responsables de la interacción entre las plantas y las bacterias, en especial los genes que participan en la absorción del nitrógeno, dijo Amaral. “Al identificar a las bacterias que permiten a las plantas absorber el nitrógeno, tal vez hayamos podido encontrar un método más eficiente y más ecológico de cultivar.   La Setaria viridis puede servir como modelo sencillo de investigación y puede ser substituida por otras plantas de la misma familia de gramíneas como el maíz y el arroz. Se requieren más estudios para explorar la existencia de relaciones similares en esos otros cultivos que producen alimentos para el ser humano, lo cual podría llevar a encontrar un método que proteja a las plantas y promueve una agricultura más sostenible”.

El estudio, “Robust biological nitrogen fixation in a model grass–bacterial association,” (Fijación biológica robusta de nitrógeno en un modelo de asociación gramínea-bacteria)  fue publicado en la revista “The Plant Journal”. Este estudio recibió fondos de: National Institute of Science and Technology  bajo el proyecto Fijación Biológica de Nitrógeno;  El Consejo de Investigación Brasileño, el programa Ciência Sem Fronteiras, El departamento de Energía y la Escuela SUNY, a través del Programa de Interinato Honorífico de Ciencias Ambientales y Forestales. El contenido del estudio es responsabilidad de los autores y no representa necesariamente la perspectiva oficial de los organismos que otorgaron el financiamiento.

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2 comentarios en “Nuevo modelo podría reducir la dependencia en nitrógeno

  1. Es muy interesante el tema, ademas es importante reducir las aplicaciones de fertilizantes quimicos para no seguir deteriorando los suelos, he trabajado con el Azospirillum como biofertilizante y se han tenido diferencias donde se ha aplicado.

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