Los investigadores del MIT han ideado una forma de proteger las semillas del estrés de la escasez de agua durante su fase crucial de germinación e incluso proporcionar a las plantas una nutrición adicional.
Crédito:Felice Frankel
Un nuevo proceso de recubrimiento de semillas podría facilitar la agricultura en tierras áridas marginales al permitir que las semillas retengan el agua disponible.
A medida que el mundo continúa calentándose, muchas regiones áridas que ya tienen condiciones marginales para la agricultura estarán cada vez más bajo estrés, lo que podría conducir a una grave escasez de alimentos. Ahora, los investigadores del MIT han ideado un proceso prometedor para proteger las semillas del estrés de la escasez de agua durante su fase crucial de germinación e incluso proporcionar a las plantas una nutrición adicional al mismo tiempo.
El proceso, que se somete a pruebas continuas en colaboración con investigadores en Marruecos, es simple y económico, y podría implementarse ampliamente en regiones áridas, dicen los investigadores. Los hallazgos se informan en la revista Nature Food , en un artículo del profesor de ingeniería civil y ambiental del MIT Benedetto Marelli, el estudiante de doctorado del MIT Augustine Zvinavashe '16 y otros ocho en el MIT y en la Universidad Politécnica Rey Mohammed VI en Marruecos.
El recubrimiento de dos capas que desarrolló el equipo es una consecuencia directa de años de investigación de Marelli y sus colaboradores en el desarrollo de recubrimientos de semillas para conferir diversos beneficios. Una versión anterior permitía que las semillas resistieran la alta salinidad del suelo, pero la nueva versión tiene como objetivo hacer frente a la escasez de agua.
“Queríamos hacer un revestimiento que fuera específico para hacer frente a la sequía”, explica Marelli. “Debido a que hay evidencia clara de que el cambio climático va a impactar en la cuenca del área del Mediterráneo”, dice, “necesitamos desarrollar nuevas tecnologías que puedan ayudar a mitigar estos cambios en los patrones climáticos que van a hacer que haya menos agua disponible. a la agricultura.”
El nuevo recubrimiento, inspirado en los recubrimientos naturales que se producen en algunas semillas como la chía y la albahaca, está diseñado para proteger las semillas de la desecación. Proporciona una capa similar a un gel que retiene tenazmente cualquier humedad que se presente y envuelve la semilla con ella.
Una segunda capa interna del recubrimiento contiene microorganismos preservados llamados rizobacterias y algunos nutrientes para ayudarlos a crecer. Cuando se exponen al suelo y al agua, los microbios fijarán nitrógeno en el suelo, proporcionando a la plántula en crecimiento un fertilizante nutritivo para ayudarla.
“Nuestra idea era proporcionar múltiples funciones al recubrimiento de semillas”, dice Marelli, “no solo apuntando a esta camisa de agua, sino también a las rizobacterias. Este es el verdadero valor agregado de nuestro recubrimiento de semillas, porque estos son microorganismos autorreplicantes que pueden fijar nitrógeno para las plantas, por lo que pueden disminuir la cantidad de fertilizantes nitrogenados que se proporcionan y enriquecer el suelo”.
Las primeras pruebas con suelo de granjas de prueba marroquíes han mostrado resultados alentadores, dicen los investigadores, y ahora se están realizando pruebas de campo de las semillas.
En última instancia, si los recubrimientos demuestran su valor a través de pruebas adicionales, los recubrimientos son lo suficientemente simples como para que puedan aplicarse a nivel local, incluso en lugares remotos del mundo en desarrollo. “Se puede hacer localmente”, dice Zvinavashe. “Esa es una de las cosas en las que estábamos pensando mientras estábamos diseñando esto. La primera capa puede sumergirse, y luego la segunda capa, puede rociarla. Estos son procesos muy simples que los agricultores podrían hacer por su cuenta”. Sin embargo, en general, Zvinavashe dice que sería más económico realizar los recubrimientos de forma centralizada, en instalaciones que puedan preservar y estabilizar más fácilmente las bacterias fijadoras de nitrógeno.
Los materiales necesarios para los recubrimientos están fácilmente disponibles y ya se utilizan a menudo en la industria alimentaria, dice Marelli. Los materiales también son completamente biodegradables, y algunos de los compuestos en sí mismos pueden derivarse de los desechos de alimentos, lo que permite la eventual posibilidad de sistemas de circuito cerrado que reciclan continuamente sus propios desechos.
Aunque el proceso agregaría una pequeña cantidad al costo de las semillas, dice Marelli, también puede generar ahorros al reducir la necesidad de agua y fertilizantes. El balance neto de costos y beneficios aún debe determinarse a través de más investigaciones.
Aunque las pruebas iniciales con frijoles comunes han mostrado resultados prometedores según una variedad de medidas, que incluyen la masa de la raíz, la altura del tallo, el contenido de clorofila y otras métricas, el equipo aún no ha cultivado una cosecha completa desde semillas con el nuevo recubrimiento hasta cosecha, que será la última prueba de su valor. Suponiendo que mejore el rendimiento de las cosechas en condiciones áridas, el siguiente paso será extender la investigación a una variedad de otras semillas de cultivos importantes, dicen los investigadores.
“El sistema es tan simple que se puede aplicar a cualquier semilla”, dice Marelli. “Y podemos diseñar el recubrimiento de la semilla para que responda a diferentes patrones climáticos”. Incluso podría ser posible adaptar los recubrimientos a la precipitación prevista de una temporada de crecimiento en particular, dice.
"Este es un trabajo muy importante", dice Jason C. White, director de la Estación Experimental Agrícola de Connecticut y profesor de epidemiología en la Universidad de Yale, que no participó en este estudio. “Mantener la seguridad alimentaria mundial en las próximas décadas será uno de los desafíos más importantes que enfrentamos como especie. … Este enfoque se ajusta a la descripción de una herramienta importante en ese esfuerzo; sostenible, sensible y eficaz.”
White dice:"Las tecnologías de recubrimiento de semillas no son nuevas, pero casi todos los enfoques existentes carecen de versatilidad o capacidad de respuesta". El nuevo trabajo, dice, es "novedoso e innovador" y "realmente abre una nueva vía de trabajo para los recubrimientos de semillas sensibles para mediar la tolerancia a una variedad de factores estresantes bióticos y abióticos".
Referencia:"El diseño programable de la función de recubrimiento de semillas induce tolerancia al estrés hídrico en regiones semiáridas" por Augustine T. Zvinavashe, Julie Laurent, Manal Mhada, Hui Sun, Henri Manu Effa Fouda, Doyoon Kim, Salma Mouhib, Lamfeddal Kouisni y Benedetto Marelli, 8 de julio de 2021, Comida natural .
DOI:10.1038/s43016-021-00315-8
El equipo incluyó a Julie Laurent, Salma Mouhib, Hui Sun, Henri Manu Effa Fouda, Doyoon Kim, Manal Mhada y Lamfeddal Kouisni, en el MIT y en la Universidad Politécnica King Mohammad VI en Ben-Guerir, Marruecos. El trabajo fue apoyado en parte por OCP S.A., el Programa de Investigación de la Université Mohammed VI Polytechnique-MIT, la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., la Fundación Nacional de Ciencias y la Cátedra de Desarrollo Profesional Paul M. Cook del MIT.
