El conocimiento de la actividad de las raíces en el suelo podría beneficiar a los cultivos
Como nutriente esencial del suelo, el fósforo es clave para los procesos de las plantas, incluida la transferencia de energía y el desarrollo de órganos, e incluso forma parte de la columna vertebral de la estructura en escalera del ADN. Según Frederik van der Bom(se abrirá en una nueva ventana) de la Universidad de Copenhague(se abrirá en una nueva ventana): «Sin fósforo, las células no podrían dividirse, almacenar energía o transmitir información genética, lo cual significa que no habría crecimiento, reproducción y, en última instancia, vida en la Tierra». Sin embargo, el fósforo es de difícil acceso para las plantas debido a su alta reactividad, uniéndose fuertemente a las partículas del suelo o formando compuestos insolubles. Para compensar, los agricultores recurren a menudo a los fertilizantes solubles, pero aunque mejoran el rendimiento, sigue siendo un despilfarro y perjudicial para el medio ambiente. Para comprender mejor el proceso de absorción de fósforo por las plantas, el proyecto RootOutP, coordinado por van der Bom, desarrolló métodos de visualización y cuantificación «in situ».
Avances en la creación de imágenes de raíces y mapas químicos
La compleja reactividad del fósforo en el suelo significa que existe en muchas formas dependiendo de factores como: las propiedades locales del suelo y cualquier incorporación en la biomasa. Estas variables complican las evaluaciones sobre su disponibilidad para las plantas. «En la práctica, nos limitamos sobre todo a estimadores aproximados que no han cambiado mucho desde los años cincuenta o sesenta del siglo pasado», añade van der Bom. Las raíces de las plantas han adoptado varias estrategias para mejorar la captación de fósforo, incluida la capacidad de proliferar raíces en zonas de alto suministro, o de manipular su entorno químico, la rizosfera(se abrirá en una nueva ventana). Un reto clave para evaluar estas estrategias es la opacidad del suelo. Como dice van der Bom: «No podemos ver las raíces como vemos las plantas por encima del suelo, en realidad sabemos sorprendentemente poco sobre lo que ocurre bajo tierra. Queríamos cambiar eso». De ahí que muchos estudios se realicen en laboratorios o invernaderos, utilizando medios artificiales (como arena, geles e hidroponía) o montajes experimentales para observaciones en dos dimensiones. Normalmente se recogen muestras, se lava el suelo y luego se miden las propiedades de las raíces. Sin embargo, además de ser laborioso y costoso, invariablemente se pierde parte del sistema radicular, junto con gran parte de la estructura. En RootOutP, los estudios se llevaron a cabo mediante un procedimiento de tomografía computarizada de rayos X tridimensional(se abrirá en una nueva ventana), complementado con el uso del sincrotrón australiano(se abrirá en una nueva ventana). El proyecto representó la arquitectura radicular de las plantas de trigo y su respuesta a diferentes aportes de fósforo, en tres y cuatro dimensiones (a lo largo del tiempo). A continuación, «se segmentaron» las raíces, separándolas digitalmente del suelo. Se trata de un procedimiento difícil, ya que las características del suelo, como los poros llenos de agua, se parecen a las raíces, que a su vez pueden variar en longitud. Para lograrlo, el equipo colaboró con socios para desarrollar potentes métodos de aprendizaje profundo. En segundo lugar, el proyecto se propuso cartografiar y cuantificar la química alrededor de raíces individuales utilizando, entre otras herramientas, la metodología de gradientes difusivos en películas finas(se abrirá en una nueva ventana) (DGT, por sus siglas en inglés). El equipo pudo observar diferencias en las concentraciones de citrato entre los genotipos seleccionados, así como su relación con el pH de la rizosfera y el agotamiento del fósforo. «Tuvimos un éxito razonable al observar cómo respondían plásticamente sistemas radiculares contrastados en y alrededor de un punto caliente de fósforo, relacionándolo con la química del fósforo en esta zona», explica van der Bom.
Intervenciones agrícolas mejor orientadas
La explotación de los resultados de RootOutP podría beneficiar a las labores de fitomejoramiento, agronomía y sostenibilidad. Por ejemplo, los conocimientos del proyecto podrían ayudar a los obtentores a seleccionar las mejores raíces de absorción de nutrientes para futuros programas de mejora. Mientras tanto, van der Bom busca financiación para seguir desarrollando las investigaciones «in situ» de las interacciones entre las raíces y el suelo, introduciendo un nuevo ámbito para futuras investigaciones y aplicaciones. «Pero eso es demasiado complejo para los científicos especializados solo en plantas y suelos; necesitamos colaborar con expertos en informática», concluye Van der Bom. Su investigación se llevó a cabo con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana).
