Gracias por este artículo a Diana Yates, editora de Ciencias de la vida, Oficina de noticias de la Universidad de Illinois
Los científicos agrícolas que estudian el cambio climático a menudo se enfocan en cómo el aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera afectará el rendimiento de los cultivos. Pero es probable que el aumento de las temperaturas complique el panorama, informan los investigadores en una nueva revisión del tema.
Publicada en el Journal of Experimental Botany, la revisión explora cómo las temperaturas más altas influyen en el crecimiento y la viabilidad de las plantas a pesar de la mayor disponibilidad de CO2 atmosférico. , un componente clave de la fotosíntesis. El calor excesivo puede reducir la eficiencia de las enzimas que impulsan la fotosíntesis y puede dificultar la capacidad de las plantas para regular el CO2 , absorción y pérdida de agua, escriben los investigadores. Las características estructurales pueden hacer que las plantas sean más o menos susceptibles al estrés por calor. Los atributos del ecosistema, como el tamaño y la densidad de las plantas, la disposición de las hojas en las plantas o las condiciones atmosféricas locales, también influyen en cómo el calor afectará el rendimiento de los cultivos.
La revisión describe los últimos esfuerzos científicos para abordar estos desafíos.
"Es importante tener una comprensión de estos problemas a través de las escalas, desde la bioquímica de las hojas individuales hasta las influencias a nivel del ecosistema, para abordar realmente estos problemas de una manera informada", dijo la autora principal Caitlin Moore. , investigador asociado de la Universidad de Australia Occidental e investigador asociado del Instituto de Sostenibilidad, Energía y Medio Ambiente en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. Moore dirigió la revisión con Amanda Cavanagh , otra alumna de la U. of I. ahora en la Universidad de Essex en el Reino Unido
"Históricamente, se ha prestado mucha atención al aumento del CO2 y el impacto que tiene en las plantas", dijo el coautor Carl Bernacchi. , profesor de biología vegetal y de ciencias de cultivos y afiliado al Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica en la U. de I. “Y es un factor importante, porque estamos cambiando enormemente esa concentración de dióxido de carbono. Pero es una pequeña parte de la historia más grande. Una vez que agregas temperaturas cambiantes a la mezcla, estropea por completo nuestra comprensión de cómo van a responder las plantas”.
“Tomemos como ejemplo a Rubisco, la enzima clave que fija el dióxido de carbono en azúcares, haciendo posible la vida en la Tierra”, dijo Cavanagh. “Rubisco acelera a medida que aumenta la temperatura, pero también es propenso a cometer errores”.
En lugar de fijar el dióxido de carbono uniéndolo a los azúcares, un paso clave en la fotosíntesis, Rubisco a veces fija el oxígeno, iniciando un camino diferente que desperdicia los recursos de una planta. Las temperaturas más altas hacen que esto sea más probable, dijo Cavanagh. Incluso a temperaturas más altas, la enzima comenzará a perder su integridad estructural, haciéndola ineficaz.
El calor excesivo también puede socavar el rendimiento reproductivo de una planta. Otras enzimas sensibles al calor son esenciales para la maquinaria de recolección de luz de las plantas o desempeñan un papel en el movimiento de azúcares a diferentes tejidos de la planta, lo que permite que la planta crezca y produzca granos o frutos.
"Si estas pequeñas máquinas moleculares son empujadas fuera del rango de temperatura óptimo, entonces no pueden hacer su trabajo", dijo Cavanagh.
Cuando las temperaturas suben demasiado, las hojas de las plantas abren los poros en su superficie, llamados estomas, para refrescarse. Los estomas también permiten que las plantas absorban dióxido de carbono de la atmósfera, pero cuando están completamente abiertos, la hoja puede perder demasiada humedad.
“La temperatura afecta la atmósfera sobre la planta”, dijo Moore. "A medida que la atmósfera se calienta, puede retener más agua, por lo que extrae más agua de las plantas".
Los científicos de Illinois y otros lugares están buscando formas de mejorar la resiliencia de las plantas de cultivo frente a estos cambios. Moore, cuyo trabajo se centra en los factores a escala del ecosistema, dijo que las nuevas herramientas que pueden ayudar a detectar plantas a gran escala son esenciales para ese esfuerzo. Por ejemplo, los satélites que pueden detectar cambios en la fluorescencia de la clorofila en las plantas pueden indicar si un cultivo está bajo estrés por calor. Estos cambios en la fluorescencia son detectables antes de que la planta muestre signos externos de estrés por calor, como que sus hojas se vuelvan marrones. El desarrollo de estas herramientas puede permitir a los agricultores responder más rápidamente al estrés de los cultivos antes de que se produzcan demasiados daños.
Cavanagh, que estudia la biología molecular y la fisiología de las plantas, dijo que algunas plantas son más tolerantes al calor que otras, y los científicos están buscando en sus genomas pistas sobre su éxito.
“Por ejemplo, puede observar los parientes silvestres australianos del arroz que crecen en climas mucho más duros que la mayoría de los arroces con cáscara”, dijo. "Y ves que sus enzimas están preparadas para funcionar de manera más eficiente a temperaturas más altas".
Uno de los objetivos es transferir genes tolerantes al calor a variedades de arroz cultivadas que son más susceptibles al estrés por calor.
Otras estrategias incluyen estructuras de ingeniería que bombean más CO2 , al sitio de fijación de carbono para mejorar la eficiencia de Rubisco; alterar las propiedades de captación de luz de las hojas en la parte superior e inferior de las plantas para igualar la distribución de la luz solar y mantener los niveles de humedad; y cambiando la densidad de los estomas para mejorar su control de CO2 , afluencia y pérdida de humedad.
La colaboración entre científicos enfocados en diferentes escalas del ecosistema y la función de la planta, desde la atmosférica hasta la molecular, es esencial para el éxito de los esfuerzos para desarrollar la resiliencia en las plantas de cultivo, dijeron los investigadores.
“El mundo se está calentando a un ritmo impactante”, dijo Cavanagh. “Y sabemos por modelos globales que cada aumento en la temperatura bruta grado Celsius puede causar pérdidas del 3% al 7% en el rendimiento de nuestros cuatro cultivos principales. Entonces, no es algo que podamos ignorar.
“Lo que me hace optimista es darme cuenta de que se está trabajando mucho para resolver este problema a nivel mundial”, dijo.
Cavanagh y Bernacchi son afiliados del proyecto Lograr una mayor eficiencia fotosintética en la U. de I. Moore también es afiliado del Centro para la innovación avanzada en bioenergía y bioproductos en Illinois. Bernacchi es fisiólogo de plantas investigador del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU.
El artículo "El efecto del aumento de la temperatura en la fotosíntesis de los cultivos:de las enzimas a los ecosistemas" está disponible en línea y en U. de I. Oficina de Noticias.
