El equipo de ingenieros del MIT recubrió semillas con seda tratada con bacterias para ayudarlas a germinar en suelos improductivos
Actualmente trabajan en nuevos recubrimientos que podrían hacer las semillas más resistentes a la sequía, mediante recubrimientos que absorben agua del suelo
Proporcionar a las semillas un recubrimiento protector que también aporte nutrientes esenciales a la planta en germinación podría hacer posible cultivar en suelos que de otro modo serían improductivos, según una nueva investigación del MIT.
Un equipo de ingenieros ha recubierto semillas con seda tratada con un tipo de bacteria que produce de forma natural un fertilizante nitrogenado, para ayudar a desarrollarse a las plantas en germinación. Las pruebas han demostrado que estas semillas pueden crecer con éxito en suelos demasiado salinos para permitir que las semillas no tratadas se desarrollen con normalidad. Los investigadores esperan que este proceso, que puede aplicarse a bajo coste y sin necesidad de equipos especializados, pueda abrir a la agricultura zonas de terreno que actualmente se consideran no aptas para la agricultura.
Los hallazgos se publican esta semana en la revista PNAS, en un artículo de los estudiantes de posgrado Augustine Zvinavashe ’16 y Hui Sun, el posdoctorado Eugen Lim y el profesor de ingeniería civil y medioambiental Benedetto Marelli.
El trabajo surge de investigaciones previas de Marelli sobre el uso de recubrimientos de seda como forma de prolongar la vida útil de las semillas de cultivos alimentarios. «Cuando estaba investigando sobre ello, me topé con biofertilizantes que pueden utilizarse para aumentar la cantidad de nutrientes del suelo», explica. Estos fertilizantes utilizan microorganismos que viven en simbiosis con determinadas plantas y convierten el nitrógeno del aire en una forma que las plantas pueden absorber con facilidad.
Según explica, esto no solo proporciona un fertilizante natural a los cultivos, sino que también evita problemas asociados a otros métodos de fertilización: «Uno de los grandes problemas de los fertilizantes nitrogenados es que tienen un gran impacto ambiental, porque su producción exige mucha energía». Según Marelli, estos fertilizantes artificiales también pueden tener un impacto negativo en la calidad del suelo.
Aunque estas bacterias fijadoras de nitrógeno se encuentran de forma natural en suelos de todo el mundo, con distintas variedades locales en diferentes regiones, son muy difíciles de conservar fuera de su entorno natural del suelo. Pero la seda puede conservar material biológico, por lo que Marelli y su equipo decidieron probarla con estas bacterias fijadoras de nitrógeno, conocidas como rizobacterias.
«Se nos ocurrió la idea de usarlas en nuestro recubrimiento de semillas, y una vez que la semilla estuviera en el suelo, revivirían», explica. Sin embargo, las pruebas preliminares no salieron bien: las bacterias no se conservaron tan bien como se esperaba.
Fue entonces cuando Zvinavashe tuvo la idea de añadir a la mezcla un nutriente concreto, un tipo de azúcar conocido como trehalosa, que algunos organismos utilizan para sobrevivir en condiciones de baja humedad. La seda, las bacterias y la trehalosa se suspendieron en agua, y los investigadores simplemente sumergieron las semillas en la solución durante unos segundos para lograr un recubrimiento uniforme. Después, las semillas se probaron tanto en el MIT como en una instalación de investigación gestionada por la Universidad Politécnica Mohammed VI, en Ben Guerir (Marruecos). «Demostró que la técnica funciona muy bien», afirma Zvinavashe.
Según Marelli, las plantas resultantes, favorecidas por la producción continua de fertilizante de las bacterias, se desarrollaron con mejor salud que las procedentes de semillas no tratadas y crecieron con éxito en suelos de campos que actualmente no son productivos para la agricultura.
En la práctica, según explican los investigadores, estos recubrimientos podrían aplicarse a las semillas mediante inmersión o pulverización. Ambos procesos pueden realizarse a temperatura y presión ambientales normales. «El proceso es rápido, sencillo y podría ser escalable», lo que permitiría que explotaciones agrícolas más grandes y cultivadores sin formación especializada lo utilicen, afirma Zvinavashe. «Las semillas pueden recubrirse simplemente por inmersión durante unos segundos», lo que produce un recubrimiento de apenas unos micrómetros de grosor.
La seda común que utilizan «es soluble en agua, de modo que en cuanto entra en contacto con el suelo, las bacterias se liberan», explica Marelli. Sin embargo, el recubrimiento proporciona igualmente protección y nutrientes suficientes para que las semillas germinen en un suelo con un nivel de salinidad que normalmente impediría su crecimiento normal. «Vemos plantas que crecen en suelos donde, de otro modo, no crece nada», afirma.
Estas rizobacterias suelen aportar fertilizante a cultivos leguminosos como las judías comunes y los garbanzos, y estos han sido el centro de la investigación hasta ahora, pero podría ser posible adaptarlas a otros tipos de cultivos, y esa es parte de la investigación en curso del equipo. «Existe un gran impulso para extender el uso de las rizobacterias a cultivos no leguminosos», afirma. Una forma de lograrlo podría ser modificar el ADN de las bacterias, de las plantas o de ambas, según explica, aunque quizá no sea necesario.
«Nuestro enfoque es casi independiente del tipo de planta y de bacteria», afirma, y podría ser viable «estabilizar, encapsular y administrar [las bacterias] en el suelo, para que resulte más benigno para la germinación» de otros tipos de plantas también.
Aunque se limite a cultivos leguminosos, el método podría marcar una diferencia significativa en regiones con grandes extensiones de suelo salino. «Basándonos en el entusiasmo que vimos con nuestra colaboración en Marruecos», afirma Marelli, «esto podría tener un impacto muy grande».
Como siguiente paso, los investigadores están trabajando en el desarrollo de nuevos recubrimientos que no solo podrían proteger las semillas del suelo salino, sino también hacerlas más resistentes a la sequía, mediante recubrimientos que absorben agua del suelo. Mientras tanto, el próximo año comenzarán las siembras de prueba en campos experimentales abiertos en Marruecos; hasta ahora, sus siembras anteriores se han realizado en interiores y en condiciones más controladas.
La investigación contó con el apoyo parcial del Programa de Investigación de la Universidad Mohammed VI Politécnica-MIT, la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos y la Oficina del Decano de Becas de Posgrado e Investigación.
