La bióloga de la Universidad Estatal de Washington, Mechthild Tegeder, ha desarrollado una manera de aumentar drásticamente el rendimiento y la calidad de la soja. Sus plantas de soja cultivadas en invernadero fijaron el doble de nitrógeno de la atmósfera en relación a sus contrapartes naturales, crecen más grandes y producen hasta un 36% más de semillas.
Tegeder diseñó una nueva manera de aumentar el flujo de nitrógeno, un nutriente esencial, desde las bacterias especializadas en los nódulos de las raíces de soja hacia los órganos productores de semillas. Ella y Amanda Carter, una estudiante graduada de ciencias biológicas, encontraron que el aumento de la tasa de transporte de nitrógeno impulsó a las plantas a toda marcha.
Su trabajo, publicado recientemente en la revista Current Biology, es un gran avance en la ciencia de la mejora de rendimiento de los cultivos. Con el tiempo, podría ayudar al desafío crítico de la sociedad de alimentar a una creciente población mientras que se protege el medio ambiente.
«El mayor implicación de nuestra investigación es que por el aumento gradual del proceso de asignación de nitrógeno natural, podemos aumentar la cantidad de alimentos que producimos sin contribuir a una mayor contaminación agrícola», dijo Tegeder. «Con el tiempo nos gustaría transferir lo que hemos aprendido a otras legumbres y plantas que crecen los seres humanos para la comida.»
Mejorando los rendimientos de grano
Las legumbres representan alrededor del 30% de la producción agrícola del mundo. Se componen de plantas como la soja, alfalfa, guisantes, habas y lentejas, entre otros.
A diferencia de los cultivos que dependen del nitrógenode origen natural del suelo o fertilizante artificial, las legumbres contienen rizobacterias en sus nódulos de las raíces con la capacidad única de convertir o «fijar» el gas nitrógeno de la atmósfera.
Durante años, los científicos han tratado de aumentar la tasa de fijación de nitrógeno en las leguminosas mediante la alteración de la función de las rizobacterias o las interacciones que tienen lugar entre la bacteria y las células de los nódulos de la raíz.
Tegeder tomó un enfoque diferente: Incrementó el número de proteínas que ayudan a mover el nitrógeno de la rizobacteria hacia las hojas de la planta, a los órganos productores de semillas y otras áreas donde se necesita.
Las proteínas de transporte adicionales aceleraron la exportación total de nitrógeno de los nódulos de las raíces. Esto inició un ciclo de retroalimentación que llevó a los rizobios a iniciar más fijación de nitrógeno atmosférico, que la planta utiliza para producir más semillas.
«Son más grandes, crecen más rápido y por lo general se ven mejor que las plantas de soja naturales», dijo Tegeder. «Cierta evidencia que tenemos sugiere que también podrían ser altamente eficientes en condiciones de estrés como la sequía.»
Protegiendo al medio ambiente
El nitrógeno es un macronutriente esencial para el crecimiento vegetal. Grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados sintéticos se aplican en todo el mundo para asegurar una alta productividad de las plantas.
Su aplicación es una cuestión medioambiental en los países industrializados como los Estados Unidos a causa del alto consumo de energía, el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, la contaminación del agua y otros efectos adversos sobre los ecosistemas y la salud humana.
En los países en desarrollo, donde los fertilizantes de nitrógeno son escasos, hay resultados de nitrógeno insuficientes produciendo bajos rendimientos y suministros de alimentos limitados.
Tegeder cree que su investigación centrada en la soja, eventualmente, puede ser aplicada a otras variedades de legumbres adecuadas para una gran cantidad de climas. Una ventaja importante del cultivo de leguminosas como los garbanzos, frijoles comunes, guisantes y soja es que no sólo pueden utilizar el nitrógeno atmosférico para su propio crecimiento, sino que también dejar de nitrógeno residual en el suelo para los cultivos subsiguientes.
Por lo tanto, el aumento de la fijación de nitrógeno podría mejorar la productividad global de la planta para los agricultores que cultivan legumbres, tanto en países industrializados y en vías de desarrollo, mientras que disminuye o elimina la necesidad de fertilizantes nitrogenados.
«Las legumbres con rendimientos más altos tienen enormes implicancias para la agricultura y la producción de alimentos en todo el mundo», dijo Tegeder. «Nuestra investigación también tiene el potencial para ser transferida a otras plantas de cultivo que no fijan el nitrógeno de la atmósfera, pero se beneficiarían de la posibilidad de absorción de nitrógeno más eficiente de la tierra.»