Las hojas superiores de los cultivos absorben mucha más luz de la que pueden usar, privando a las hojas inferiores de luz. Los científicos diseñaron plantas con hojas de color verde claro con la esperanza de permitir que penetre más luz en el dosel del cultivo y aumentar la eficiencia y el rendimiento general del uso de la luz.La estrategia se probó en un reciente estudio de modelado que encontró que las hojas con un contenido reducido de clorofila en realidad no mejoran la fotosíntesis a nivel del dosel, sino que conservan una cantidad significativa de nitrógeno que la planta podría reinvertir para mejorar la eficiencia del uso de la luz y aumentar el rendimiento.
"Las hojas en la parte superior del dosel son realmente codiciosas: absorben mucha luz y no decepcionan mucho a sus hermanos y hermanas debajo de ellas", dijo Berkley Walker, un becario postdoctoral Alexander von Humboldt en elUniversidad de Düsseldorf, quien dirigió este trabajo con el apoyo de Eficiencia fotosintética aumentada RIPE. "Las hojas en la parte superior no son muy eficientes con esa energía luminosa, pero las hojas en la parte inferior son muy eficientes. Entonces, si pudieratoma un poco de esa luz que se está acumulando en la parte superior y muévela más abajo en el dosel, teóricamente, tendrías un dosel más eficiente ".
Publicado en Fisiología vegetal , los investigadores probaron esta idea usando una simulación por computadora que incorpora datos de casi 70 variedades de soja con niveles variables de clorofila del banco de germoplasma del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. Descubrieron que las plantas con un 20 por ciento menos de clorofila requieren teóricamente un 9 por ciento menos de nitrógeno sinpenalización a la ganancia de carbono biomasa y al rendimiento
"La simulación revela que la compleja estructura interior de las hojas hace que la luz rebote tanto que la luz tiene la misma probabilidad de subir que bajar", dijo el subdirector de RIPE, Don Ort, fisiólogo del USDA/ Unidad de Investigación de la Fotosíntesis del ARS y el Profesor Robert Emerson de Biología Vegetal y Ciencias de Cultivos en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica de la Universidad de Illinois. "Cuando disminuimos la clorofila, se pierde más luz en la reflexión, y no lo hacemosobtenga todos los beneficios de obtener luz más profunda en el dosel donde puede ser absorbido ".
A continuación, están explorando si estos ahorros de nitrógeno podrían usarse para reparar otros cuellos de botella fotosintéticos, así como otras formas de aumentar la penetración de la luz en el dosel.
"No se cierra el caso en las plantas de color verde claro, pero la estrategia va a ser un poco más matizada que simplemente poner plantas con un contenido de clorofila más bajo", dijo Walker. "Necesitamos explorar si el verde claro se puede combinar concambios en la arquitectura de la hoja o si podemos rediseñar las hojas para que sean más delgadas para reducir la reflectancia de la luz y mejorar la transmitancia ".
Otro trabajo financiado por RIPE que modeló una disminución en el contenido de clorofila en el arroz encontró que reasignar estos ahorros de nitrógeno podría mejorar la fotosíntesis del dosel y la eficiencia del uso de nitrógeno en un 30 por ciento. Según el colaborador Xinguang Zhu de la Academia de Ciencias de China, "Manipulación de la hojaEl contenido de clorofila es una opción emocionante para explorar el aumento de la eficiencia energética y del uso de la luz. Este estudio muestra que obtener el beneficio deseado requiere una comprensión más profunda de las propiedades ópticas de la hoja y los patrones de distribución de nitrógeno entre las proteínas fotosintéticas en una hoja ".
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Materiales proporcionado por Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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