En las próximas dos décadas, los rendimientos de los cultivos deben aumentar drásticamente para alimentar a la creciente población mundial. ¿No sería increíblemente útil si tuviéramos una bola de cristal para mostrarnos cuáles son las mejores estrategias disponibles para aumentar el rendimiento de los cultivos?
Un equipo de científicos acaba de desarrollar exactamente eso: un modelo dinámico que predice qué manipulaciones fotosintéticas de las plantas impulsarán los rendimientos de los cultivos de trigo y sorgo.
"Hemos desarrollado una herramienta de predicción confiable y biológicamente rigurosa que puede cuantificar las ganancias de rendimiento asociadas con la manipulación de la fotosíntesis en entornos de cultivo realistas", dijo el Dr. Alex Wu, del Centro de Excelencia ARC para la Fotosíntesis Traslacional CoETP y la Universidad deQueensland UQ.
Las plantas convierten la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en alimentos mediante la fotosíntesis y varios estudios han demostrado que este proceso vital puede diseñarse para que sea más eficiente.
"Hasta ahora, ha sido difícil evaluar los impactos de estas manipulaciones en el rendimiento de los cultivos. Esta herramienta de predicción nos ayudará a encontrar nuevas formas de mejorar el rendimiento de los cultivos alimentarios en todo el mundo".
Dr. Wu, autor principal del artículo publicado esta semana en la revista Plantas naturales , dijo que esta herramienta de modelado tiene la capacidad de vincular escalas biológicas desde la bioquímica en la hoja hasta todo el cultivo del campo durante una temporada de crecimiento, mediante la integración de la fotosíntesis y los modelos de cultivo.
"Es una herramienta poderosa para evaluar y guiar las manipulaciones fotosintéticas y desentrañar los efectos que confunden la relación entre la eficiencia fotosintética y el rendimiento del cultivo", dijo.
La directora adjunta del centro, la profesora Susanne von Caemmerer, dijo que uno de los aspectos más innovadores del estudio fue utilizar un enfoque de modelado de escalas cruzadas para observar las interacciones entre la fotosíntesis y los poros de la hoja que permiten el intercambio de CO2 y vapor de agua.
"Sabemos que no es tan simple como decir que mejorar la fotosíntesis aumentará el rendimiento. La respuesta depende de la situación", dijo el profesor von Caemmerer, investigador de la Universidad Nacional Australiana ANU, coautor deel estudio.
"Por ejemplo, encontramos que en cultivos como el sorgo, una mayor fotosíntesis puede disminuir el rendimiento en situaciones de cultivo con limitación de agua. El modelo predice que podemos manejar esta penalización del rendimiento si también podemos mantener una tasa estable de entrada de dióxido de carbono,o vapor de agua saliendo, los poros de una hoja. "
El coautor e investigador jefe del centro, el profesor Graeme Hammer de la UQ, dijo que este estudio fomenta el tipo de investigación transdisciplinaria necesaria para la mejora futura de los cultivos.
"Vincula la investigación en todo el Centro, que tiene como objetivo principal aumentar el rendimiento de los principales cultivos básicos como el trigo, el arroz, el sorgo y el maíz mediante la mejora de la fotosíntesis".
"Ahora que hemos desarrollado y probado este modelo predictivo, nuestro siguiente paso es trabajar en estrecha colaboración con los colaboradores del CoETP para diseñar escenarios de simulación que prueben los efectos de otros objetivos de bioingeniería y rasgos genéticos", dijo el profesor Hammer.
Uno de esos colaboradores es el profesor de ANU Graham Farquhar, coautor del estudio.
"En este estudio estamos ampliando toda la temporada de crecimiento del cultivo e incorporando los efectos de retroalimentación sobre la fotosíntesis de los recursos para el cultivo, como el agua, que es fundamental para predecir las consecuencias sobre la productividad de los cultivos en los futuros entornos agrícolas de Australia", dijoEl investigador jefe del centro, el profesor Farquhar de la Escuela de Investigación de Biología de ANU.
El equipo investigó tres objetivos principales de manipulación de la fotosíntesis: mejorar la actividad de la principal enzima fotosintética, Rubisco; mejorar la capacidad de las hojas para transportar electrones; y mejorar el flujo de dióxido de carbono CO2 a través de las capas internas de la hoja..
"Este estudio nos permite cuantificar las consecuencias en el rendimiento de los cultivos para estos tres objetivos y sus combinaciones para los cultivos de trigo y sorgo para entornos de cultivo de regadío o de tierras secas", dijo el Dr. Wu.
El equipo descubrió que los cambios en el rendimiento de los cultivos oscilaron entre una reducción del uno por ciento y un aumento del 12 por ciento, según la combinación de objetivos fotosintéticos, el cultivo y las condiciones ambientales, como la disponibilidad de agua.
Esta investigación se publica en Plantas naturales y fue financiado por el Centro de excelencia para la fotosíntesis traslacional del Australian Research Council ARC en la Universidad Nacional de Australia y la Universidad de Queensland.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Queensland . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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