Investigadores de Estados Unidos trabajan con variedades de maíz y soja que pueden aumentar sus rendimientos en condiciones desfavorables de cambio climático

Bajo el microscopio: cómo los cultivos están respondiendo al cambio atmosférico global

ENTREVISTA A LA Dra. Lisa Ainsworth

La Dra. Lisa Ainsworth es bióloga molecular en la Unidad de Investigación de Fotosíntesis y Cambio Global de ARS en Urbana, Il. Recientemente presentó la Conferencia de York en el Instituto de Ciencias Alimentarias y Agrícolas de la Universidad de Florida sobre el tema "Respuestas de los cultivos al cambio atmosférico global".

Pregunta: la producción de cultivos es vital para la salud y el bienestar de este país y del mundo. ¿Cómo ha afectado el cambio atmosférico global a nuestros cultivos?

Lisa Ainsworth.- La composición de la atmósfera ha cambiado de varias maneras desde la Revolución Industrial, y dos gases en particular han tenido un efecto significativo en los cultivos. Las concentraciones de dióxido de carbono han aumentado más del 45 por ciento desde la Revolución Industrial. Los cultivos utilizan la energía de la luz para convertir el dióxido de carbono en azúcares en el proceso de fotosíntesis, y en ausencia de otras tensiones, el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico conduce a un mayor crecimiento y rendimiento en muchos cultivos. Sin embargo, el dióxido de carbono también es un gas de efecto invernadero y el contribuyente más importante al calentamiento global. A ese respecto, el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera causa indirectamente un mayor estrés por calor a los cultivos en muchas regiones. El ozono es un segundo gas de efecto invernadero que ha aumentado desde tiempos preindustriales y, a diferencia del dióxido de carbono,

P: un factor ambiental, la contaminación por ozono, ha reducido los rendimientos de maíz y soja en los últimos 30 años. ¿Está viendo reducciones de cultivos similares de otros factores ambientales?

LA. - Estudios recientes han encontrado que los efectos de la contaminación por ozono son aproximadamente equivalentes a otros estreses ambientales como la limitación de nutrientes, plagas y enfermedades, o sequía o estrés por calor.

Para evaluar el estrés oxidativo en la soja cultivada bajo concentraciones elevadas de ozono, la bióloga molecular del ARS Lisa Ainsworth (atrás) y la estudiante graduada Kelly Gillespie utilizan un robot de manejo de líquidos para realizar un ensayo de alto rendimiento.

P: ¿Hay un solo factor o factores que sean de mayor preocupación?

LA.- El dióxido de carbono es el mayor contribuyente al calentamiento global y, en consecuencia, es una gran preocupación para la humanidad. El aumento de la concentración de dióxido de carbono atmosférico y otros gases de efecto invernadero, incluido el metano, los óxidos nitrosos y el ozono, han calentado el planeta en 1,6 grados Fahrenheit desde finales de 1800 y ese calentamiento es responsable de la reducción de las capas de hielo y los glaciares, el aumento del nivel del mar y el aumento extremo eventos climáticos. El dióxido de carbono es el que más contribuye al calentamiento, y por eso recibe tanta atención en las noticias en términos de limitar las emisiones o desarrollar tecnologías para secuestrarlo de la atmósfera. Específicamente, para la producción de cultivos, la ubicación y la estacionalidad influyen en los factores ambientales que limitan la productividad. Para el cultivo de maíz en los Estados Unidos, limitaciones de nutrientes, estrés por aridez, estrés por calor,

P: ¿Cuáles son los desafíos a los que se enfrentan los productores de cultivos ahora y en el futuro, tanto con respecto al cambio atmosférico global como al cambio climático?

LA. - Hay una serie de desafíos que se intensifican con el cambio climático, incluidos los cambios en los patrones de lluvia con extremos más frecuentes, ejemplificados por las inundaciones en la primavera de 2019. Eventos más extremos de alta temperatura o sequías también son desafíos que los agricultores enfrentarán cada vez más. Los cambios en la composición atmosférica (aumento de las concentraciones de dióxido de carbono y ozono) están impulsando los cambios en el clima, y ??se necesita una mejor comprensión de los efectos interactivos de los cambios en la atmósfera y el clima para desarrollar estrategias para ayudar a los productores en el futuro.

P: ¿Cuáles son los hallazgos clave en su investigación y qué posibles soluciones ha descubierto?

LA. - Mi investigación ha abordado los impactos del cambio atmosférico en los dos cultivos básicos más importantes en los Estados Unidos: el maíz y la soja. Uno de los hallazgos clave de mi investigación es que existe una variación genética en las respuestas de los cultivos al cambio climático. La variación genética es la piedra angular de la reproducción, por lo que nuestra investigación sugiere que es posible obtener variedades de cultivos que se adapten mejor a las atmósferas futuras. Por ejemplo, identificamos líneas de maíz endogámicas que son particularmente sensibles a la contaminación por ozono y estamos estudiando los genes que se expresan diferencialmente en esas líneas. También hemos identificado variedades de soja que producen un 25 por ciento más en concentraciones elevadas de dióxido de carbono esperadas para mediados de este siglo.

P: según sus hallazgos, ¿qué pueden hacer los agricultores para garantizar que sus cultivos maduren e incluso prosperen bajo una gran cantidad de condiciones difíciles, como lluvias torrenciales, sequías, contaminación por ozono y niveles crecientes de dióxido de carbono?

LA.- Los agricultores ya se están adaptando al cambio climático de muchas maneras. Quizás lo más obvio es que están cultivando en nuevas áreas. Por ejemplo, el maíz ahora se planta ampliamente en Dakota del Norte y del Sur en contraste con hace 10 ó 15 años. Además, los agricultores están aprovechando las temporadas de crecimiento más largas cuando las condiciones de primavera permiten la siembra temprana, y se pueden plantar variedades de mayor madurez.

P: ¿Cómo utiliza la industria agrícola, incluidas las compañías de semillas, su investigación actual?

LA.- He colaborado con compañías para probar variedades comerciales para la respuesta de dióxido de carbono, la respuesta de temperatura y la tolerancia al ozono. Esta información se puede utilizar para identificar líneas para el desarrollo futuro. También he sido mentor de varios estudiantes y asociados postdoctorales que son líderes en la industria agrícola hoy.