Las moléculas de manta térmica protegen a las plantas de las olas de frío
Algunas plantas sufren considerablemente las olas de frío. Mejorar la resiliencia al frío puede aumentar la productividad, alargar el período vegetativo y permitir que los cultivos crezcan en zonas donde antes corrían el riesgo de sufrir daños por heladas. A mayor escala, podría mejorar la seguridad alimentaria. El equipo del proyecto BoostCrop, financiado con fondos europeos, identificó moléculas naturales productoras de calor que pueden aplicarse a los cultivos en el campo. «Los llamamos “calentadores moleculares”; son como mantas térmicas que protegen el cultivo de las olas de frío repentinas», explica el coordinador del proyecto, Vasilios Stavros, catedrático de Química Física de la Universidad de Birmingham (Reino Unido). «Identificamos una molécula específica en las plantas que absorbe la luz en determinadas regiones del espectro y que no interfiere en la fotosíntesis de la planta. La planta convierte esa energía luminosa en calor que se distribuye por la hoja». «Esa fue nuestra molécula de partida. Sabíamos que no era tóxica y pensamos que podríamos intentar diseñar nuevas moléculas en torno a esta molécula natural que pudiera incluirse en un pulverizador foliar».
Moléculas de calor bioinspiradas para el crecimiento vegetal
Químicos, físicos y biólogos se reunieron con una pyme del sector de la agrotecnología. Con la ayuda de un químico especializado en la creación de moléculas inspiradas en la naturaleza, el equipo estudió qué nuevas moléculas podrían modificarse para convertir mejor la luz en calor en las hojas. Mediante una combinación de química sintética verde, espectroscopia y modelización teórica, el equipo desarrolló varias moléculas novedosas y las probó en condiciones simuladas en una cámara de crecimiento.
Reducir el número de moléculas candidatas
«Demostramos con éxito en el laboratorio que se producía un aumento térmico significativo tanto en la planta como en la hoja tras la aplicación de la molécula y bajo radiación UV-A/B», señala Stavros. «Descubrimos que la rápida conversión de energía de las moléculas en calor es crucial para obtener una tecnología de calentamiento molecular eficaz». En un proyecto anterior financiado con fondos europeos, NatuCrop, se estudió la protección natural de los cultivos contra el calor y otras factores de estrés para mejorar el rendimiento. Sin embargo, Stavros explica que algunos de los calentadores moleculares eran casi imposibles de sintetizar en un laboratorio. Otros resultaron ser tóxicas y hubo que descartarlos, dejando tres nuevas moléculas candidatas que superaron todas las pruebas iniciales de seguridad. Las moléculas candidatas debían formularse en un producto que pudiera pulverizarse sobre las plantas y extenderse uniformemente a lo largo de la hoja sin burbujear. La formulación también tenía que permanecer estable durante unos dos años en un contenedor. Sin embargo, algunas moléculas candidatas se rompen o degradan a las dos o tres horas de irradiación, lo que también las haría inútiles sobre el terreno.
Ensayos de campo en cultivos
Tras las pruebas de laboratorio, las moléculas candidatas se probaron sobre el terreno en cultivos de tomate, pepino y lechuga en España, y en trigo de primavera, maíz y remolacha azucarera en Alemania. Durante largas semanas de experimentos, los biólogos realizaron un seguimiento de las moléculas que producían el mayor cambio de temperatura. Los ensayos de campo se vieron afectados por la pandemia de COVID-19, ya que el equipo tuvo que centrarse en una época concreta del año en la que existe la posibilidad de que se produzcan daños por heladas. Stavros afirma: «Debido a la COVID, perdimos dos temporadas de crecimiento». No obstante, durante estos ensayos se observó un aumento del rendimiento igual o superior al de los bioestimuladores comerciales. Al final del proyecto de cinco años: «Podíamos sintetizar hasta un kilogramo de la molécula de interés y realizar ensayos de campo con éxito, lo cual resulta bastante increíble», señala Stavros. La siguiente fase es la comercialización. Según el coordinador, el análisis preliminar de costes demuestra que es viable.
Palabras clave
BoostCrop, resiliencia, molécula natural, química verde, espectroscopia, daños por heladas, cultivo, rendimiento
