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Isótopos para detectar el estrés por sequía en plátano

Isótopos para detectar el estrés por sequía en plátano

Cómo utilizar técnicas basadas en isótopos para detectar el grado de estrés en cultivos de plátano afectados por la sequía y ayudarlos en su sobrevivencia

 

Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica

 

Los plátanos o bananos (género Musa familia Musaceae) son plantas herbáceas perennes cuyo fruto es una pseudobaya. Originarios del sudeste asiático, actualmente se cultivan en prácticamente todas las regiones tropicales y subtropicales del planeta, ya que las plantas requieren un clima cálido y húmedo para prosperar. Así producen la cosecha que alimenta al mundo. Sin embargo, debido a los cambios en los patrones de precipitaciones y al aumento de las temperaturas, los bananos o plataneras, junto con otras plantas, sufren cada vez más estrés por sequía con escasez de agua en la raíz de la planta, lo que lleva a cosechas reducidas.

Un estudio publicado recientemente por científicos de IAEA (International Atomic Energy Agency), de FAO (Food and Agriculture Organization) y de universidades austriacas y belgas, destaca los enfoques desarrollados utilizando técnicas nucleares para detectar y evaluar el estrés por sequía en las plantas de banano en Arusha, Tanzania. Las metodologías se centran en identificar el alcance del estrés, lo cual es crucial porque permite a los agricultores tomar medidas preventivas y protectoras.

Con cultivos perennes, como el banano, que crecen durante varios años, el uso de las técnicas de isótopos estables no se ha desarrollado de manera suficiente y adecuada, por lo que este estudio es uno de los primeros en proporcionar herramientas prácticas, incluso para los agricultores, no solo para los científicos.

Los científicos exploraron el uso de isótopos de carbono estables (13 C y 12 C) y la temperatura de la hoja como indicadores potenciales del estrés por sequía en las plantas de plátano.

Los isótopos son dos o más tipos de átomos de un mismo elemento químico que tienen el mismo número atómico (número de protones en sus núcleos) y posición en la tabla periódica y que difieren en el número de masa debido a los diferentes números de neutrones en sus núcleos. Aunque todos los isótopos de un elemento dado tienen las mismas propiedades químicas, tienen diferentes masas atómicas y propiedades físicas.

Estas propiedades los hacen útiles en aplicaciones de diagnóstico y tratamiento. Son importantes en medicina nuclear, exploración de petróleo y gas, investigación básica y seguridad nacional. Los isótopos estables sufren decaimiento radiactivo en tiempos extremadamente largos, ya que sus combinaciones particulares de protones y neutrones permanecen estables casi que indefinidamente. El núcleo de un isótopo estable no pierde masa, permaneciendo con las mismas características indefinidamente en el tiempo. Dos isótopos estables pueden entenderse como especies atómicas «más ligeras» y «más pesadas» del mismo elemento, ya que tienen masas atómicas diferentes.

La investigación en otras plantas ha demostrado que los isótopos de carbono estables y la temperatura de la hoja se pueden usar para medir el estrés por sequía, pero ninguna de las dos técnicas se había usado para las plantas de banano. El banano es un cultivo poco investigado por razones que incluyen la complejidad de su gran tamaño, el largo período de crecimiento, el patrón de crecimiento heterogéneo en el que todas las plantas crecen de manera diferente incluso si tienen los mismos genes y el modo vegetativo de reproducción. Actualmente, no existen métodos prácticos para detectar el estrés por sequía en el banano en el campo.

Sin embargo, el estudio encontró que tanto los isótopos de carbono estables como la temperatura de la hoja eran indicadores muy sensibles del estrés por sequía en el banano y, en base a estos resultados, los investigadores desarrollaron métodos adaptados a esta planta que son de bajo costo y, por lo tanto, aplicables en condiciones de campo.

Todas las plantas absorben dióxido de carbono (CO2) y luego forman azúcar a partir de él con la ayuda del agua y la luz a través de la fotosíntesis. La mayoría de los átomos de carbono en la naturaleza tiene doce neutrones (12C), pero también existe el carbono que tiene trece neutrones (13C), que es un poco más pesado. 13C y 12C son, por lo tanto, dos versiones diferentes de carbono, que se denominan isótopos estables de carbono.

Cuando las plantas absorben CO2 del aire, discriminan el CO2 con 13C. Debido a su mayor peso, las plantas absorben más lentamente el CO2 con 13C que el CO2 con 12C. Por lo tanto, las plantas prefieren el 12C.

Cuando ocurre estrés por sequía, las plantas cierran sus estomas, las pequeñas aberturas en las hojas a través de las cuales toman CO2 de la atmósfera, para evitar pérdidas de agua que ya han acumulado. Dado que en estas circunstancias la absorción de CO2 a través de los estomas es más reducida, las plantas serán menos selectivas y utilizarán cualquier CO2 que ya haya sido absorbido para la fotosíntesis, incluido el CO2 con el átomo 13C. Esto significa que cuando, posteriormente, se analiza la cantidad de 13C en la hoja de una planta, se puede detectar si la planta estuvo estresada o no: si la planta A tiene más 13C en sus hojas que la planta B, la planta A estaba más estresada. Este es el principio del uso de isótopos estables de carbono como indicador del estrés por sequía.

Por otro lado, se debe tener en cuenta la conductancia estomática, que es una medida de la apertura estomática e indica la capacidad de las hojas para realizar el intercambio de gases. Generalmente, la conductancia estomática es mayor cuando los estomas se abren más y viceversa.

Las plantas, al absorber CO2, inevitablemente pierden agua a través de sus hojas. Esta pérdida de agua se produce principalmente a través de los estomas, que disponen de mecanismos para controlar su grado de apertura. Este control se atribuye a la conductancia estomática de la hoja, que se utiliza frecuentemente como indicador del déficit hídrico.

La disponibilidad de agua afecta el crecimiento de las plantas, al controlar la apertura de los estomas y, consecuentemente, la producción de fitomasa.

La temperatura de la hoja se puede utilizar como indicador del grado de déficit hídrico de la planta. Cuando el déficit hídrico en el suelo provoca el cierre de los estomas, la radiación interceptada por la hoja tiende a promover su calentamiento, que puede alcanzar niveles perjudiciales para el metabolismo de la planta.

La conductancia estomática se mide mediante sensores de humedad que permiten conocer el flujo de vapor de agua.

El banano, en todas sus formas y variedades, es un producto muy importante para muchos países, como alimento básico y como producto de exportación. Se espera que los resultados del proyecto beneficien a muchos países y contribuyan a los esfuerzos mundiales para promover prácticas agrícolas resilientes, más adecuadas al cambio climático.

 

Fuentes
https://www.iaea.org/newscenter/news/how-isotopic-techniques-can-be-used-to-spot-drought-stressed-banana-crops-and-help-save-them#infobox Acceso el 25/02/2022.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Banana Acceso el 27/02/2022.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Is%C3%B3topo_est%C3%A1vel Acceso el 27/02/2022.

http://apostilas.cena.usp.br/moodle/pessenda/livro/Livro%20Didatico%20-%201a.%20edicao.pdf Acceso el 27/02/2022.

https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/50453/1/Avaliacao-condutancia-MAURICIO-COELHO-FILHO-T-39.pdf Acceso el 28/02/2022.

Urban , J.; Ingwers , M.; McGuire , M. A.; Teskey, R. O. (2017).
Stomatal conductance increases with rising temperature.
Plant Signal Behav, 12(8):e1356534

Yin Wang , Y.; Kinoshita, T. (2017).
Measurement of Stomatal Conductance in Rice.
Bio Protoc, 7(8):e2226.

Imagen
https://ciclovivo.com.br/mao-na-massa/permacultura/curso-saneamento-ecologico-fossa-bananeira/ Acceso el 28/02/2022.

 

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