Un avance en agricultura ha ayudado a explicar por qué las raíces pueden tener dificultades para penetrar en suelos duros y compactos.
Esta incapacidad para crecer en profundidad en el terreno y acceder a suelos ricos en nutrientes podría costar a los agricultores el 25 % de su rendimiento.
Hasta ahora, se entendía que las raíces eran incapaces de penetrar en el suelo debido a una falta de fuerza.
Sin embargo, la investigación demuestra que la razón podría deberse en realidad a una señal biológica que puede ser “desactivada”.
Durante años, la sabiduría convencional ha sostenido que las raíces no crecen tan profundamente en suelos duros porque les resulta demasiado difícil atravesarlo físicamente. Pero nuestra nueva investigación ha desvelado otra razón: su crecimiento está controlado por una señal biológica que puede ser “desactivada”, lo que les permite abrirse paso a través de la tierra compactada. Es un descubrimiento que podría ayudar a que los cultivos crezcan incluso en los suelos más dañados.
La compactación del suelo es un importante desafío para la agricultura moderna, impulsado en parte por el aumento del peso de la maquinaria agrícola que puede pasar varias veces por la misma superficie de terreno a lo largo de una temporada. Aplastadas bajo el peso del suelo que tienen encima, las capas más profundas también están muy compactadas, lo que dificulta que las raíces lleguen a penetrar en las capas de tierra ricas en humedad y nutrientes.
El impacto de esta compactación del suelo es profundo: al reducir el crecimiento de las raíces, lo que afecta negativamente a la absorción de agua y nutrientes, la compactación del suelo puede provocar pérdidas de rendimiento de hasta un 25 %. Solo en el Reino Unido, las pérdidas asociadas a la compactación del suelo se estiman entre 400 millones de euros (355 millones de libras) y 650 millones de euros al año.
El cambio climático hará que estas pérdidas sean aún mayores. Esto se debe a que, cuando la compactación se combina con la sequía, los rendimientos de los cultivos pueden reducirse en hasta un 75 %, lo que, según las estimaciones, costaría a los agricultores miles de millones de dólares al año. A medida que las sequías se vuelven más frecuentes, desarrollar cultivos resistentes a estos desafíos cobra más importancia.
A pesar de su evidente importancia para los agricultores de todo el mundo, el mecanismo que detrás del crecimiento atrofiado de las raíces en suelos compactados sigue sin estar claro. Se consideraba simplemente que las raíces que no lograban penetrar en suelos muy compactados eran demasiado débiles para hacerlo. Sin embargo, hemos descubierto que las raíces son, de hecho, capaces de penetrar en suelos muy compactados, una vez que se altera su sensibilidad a una señal hormonal de la planta.
El avance en las raíces
Nuestro estudio ha descubierto que esta señal o “interruptor” está controlada por una hormona llamada etileno, que se libera en forma de gas desde las puntas de las raíces de las plantas. En suelos sueltos y no compactados, este gas se difunde libremente en la tierra. Pero en suelos duros y compactados, el gas etileno no puede difundirse y queda atrapado en la zona ocupada por la punta de la raíz, lo que provoca que el etileno se acumule en los propios tejidos radiculares.
Nuestro estudio ha descubierto que esta acumulación de etileno hace que las raíces dejen de alargarse en suelos compactados. Por tanto, el etileno actúa como una señal de “parada” muy clara para la extensión de las raíces en suelos compactados.
En nuestros experimentos utilizamos plantas con una mutación genética específica que les impedía detectar las señales del etileno. Comprobamos que las raíces sí tienen la capacidad de penetrar en suelos compactados, pero optan por no hacerlo cuando se encuentran con la señal de parada basada en el etileno.
Realizamos deliberadamente nuestros estudios con dos tipos de suelo muy diferentes (arena y arcilla) y dos especies de plantas muy distintas: arroz y Arabidopsis (un pariente cercano de la colza). El hecho de que observáramos el mismo comportamiento en distintos suelos y plantas sugiere que nuestros hallazgos podrían ser ampliamente aplicables a otros cultivos, tipos de suelo y zonas geográficas.
Nuestros hallazgos abren nuevas oportunidades para seleccionar cultivos nuevos y resistentes a la compactación, tal como Gregor Mendel, “el padre de la genética”, seleccionó por primera vez de forma artificial distintas variedades de guisantes. Los mejoradores ahora pueden simplemente examinar sus colecciones en busca de variedades cuyas raíces sean menos sensibles al etileno, y elegir crear nuevas plantas con esta diferenciación.
Sin embargo, como esta señal hormonal también es importante para otros procesos vegetales, como la resistencia a patógenos, se podrían adoptar enfoques más específicos de edición genética y modificación genética (MG) para bloquear únicamente la respuesta al etileno en los tejidos de la punta de la raíz, en lugar de en la planta en su conjunto. El tiempo dirá cuál de estos enfoques distintos resultará más eficaz.
Impulsar la agricultura
Nuestros hallazgos podrían contribuir a proteger o aumentar los rendimientos de los cultivos en todo el mundo, sobre todo teniendo en cuenta que la compactación del suelo sigue siendo un problema persistente en las prácticas agrícolas intensivas. Solo en Europa, 36 millones de hectáreas (de un total de 68 millones de hectáreas) de tierras agrícolas son propensas a la compactación del suelo.
Los cultivos con raíces capaces de penetrar más profundamente en este suelo compactado ofrecerán una serie de beneficios evidentes. En primer lugar, las raíces de los cultivos podrán acceder a fuentes de nutrientes en capas más profundas del suelo, que actualmente les son inaccesibles. Esto, a su vez, favorecerá el crecimiento de cultivos más grandes y saludables.
En segundo lugar, las variedades de cultivo con sistemas radiculares más extensos podrán asegurar fuentes de agua más fiables, lo que confiere una mayor resiliencia durante los periodos de estrés por sequía, que se prevé que aumenten con el cambio climático. Por último, los modelos sugieren que los cultivos con raíces más profundas almacenan más carbono en el suelo, lo que contribuye a los esfuerzos por captar el carbono de la atmósfera terrestre para limitar el cambio climático.
Nuestra nueva comprensión de cómo las raíces penetran en suelos duros podría ser un paso importante hacia la mejora genética de nuevos tipos de cultivos más resilientes a la compactación del suelo. Esperamos que estos cultivos ayuden a reducir las pérdidas de rendimiento asociadas al estrés y al daño graves del suelo en diversas zonas geográficas de todo el mundo.
