El cambio climático está generando estrés en el sector agrícola de algunas regiones.
Investigadores del MIT han creado un proceso para proteger las semillas del estrés provocado por la escasez de agua durante su fase de germinación.
Esto consiste en recubrir las semillas con una sustancia similar a un gel que retiene la humedad y, además, les aporta nutrientes adicionales.
Los materiales necesarios para crear el recubrimiento ya están disponibles en la industria alimentaria.
Es necesario llevar a cabo más investigaciones antes de que este proceso se generalice.
A medida que el mundo sigue calentándose, muchas regiones áridas, que ya presentan condiciones marginales para la agricultura, sufrirán cada vez más estrés, lo que podría provocar graves escaseces de alimentos. Ahora, investigadores del MIT han desarrollado un prometedor proceso para proteger las semillas del estrés provocado por la escasez de agua durante su crucial fase de germinación, al tiempo que aportan a las plantas nutrientes adicionales.
El proceso, que se encuentra en fase de pruebas continuas en colaboración con investigadores de Marruecos, es sencillo y económico, y podría implantarse ampliamente en regiones áridas, según afirman los investigadores. Los hallazgos se publican esta semana en la revista Nature Food, en un artículo firmado por Benedetto Marelli, profesor de ingeniería civil y medioambiental del MIT, Augustine Zvinavashe ’16, estudiante de doctorado del MIT, y otros ocho investigadores del MIT y de la Universidad Politécnica Mohammed VI de Marruecos.
El recubrimiento de dos capas desarrollado por el equipo es un resultado directo de años de investigación de Marelli y sus colaboradores en el desarrollo de recubrimientos de semillas para conferir diversos beneficios. Una versión anterior permitió que las semillas resistieran la alta salinidad del suelo, pero la nueva versión tiene como objetivo hacer frente a la escasez de agua.
“Queríamos fabricar un recubrimiento específicamente diseñado para combatir la sequía”, explica Marelli. “Dado que existen pruebas claras de que el cambio climático va a afectar a la cuenca del Mediterráneo”, afirma, “necesitamos desarrollar nuevas tecnologías que ayuden a mitigar estos cambios en los patrones climáticos que van a reducir la disponibilidad de agua para la agricultura”.
El nuevo recubrimiento, inspirado en los recubrimientos naturales que presentan algunas semillas, como las de chía y albahaca, está diseñado para proteger las semillas de la desecación. Forma una capa similar a un gel que retiene con firmeza cualquier humedad que llegue y envuelve la semilla con ella.
Una segunda capa interna del recubrimiento contiene microorganismos conservados denominados rizobacterias, así como algunos nutrientes para favorecer su crecimiento. Al entrar en contacto con el suelo y el agua, los microbios fijan nitrógeno en el suelo, proporcionando a la plántula en crecimiento un fertilizante nutritivo que le ayuda a desarrollarse.
“Nuestra idea era dotar al recubrimiento de semillas de múltiples funciones”, afirma Marelli, “no solo dirigida a esta capa de agua, sino también a las rizobacterias. Ese es el verdadero valor añadido de nuestro recubrimiento, porque se trata de microorganismos autorreplicantes que pueden fijar nitrógeno para las plantas, de modo que pueden reducir la cantidad de fertilizantes nitrogenados que se aplican y enriquecer el suelo”.
Según los investigadores, las pruebas iniciales realizadas con suelo procedente de campos de ensayo marroquíes han arrojado resultados alentadores, y actualmente se están llevando a cabo pruebas de campo con las semillas.
En última instancia, si los recubrimientos demuestran su valor en pruebas posteriores, son lo suficientemente sencillos como para aplicarse a nivel local, incluso en lugares remotos de los países en desarrollo. “Puede hacerse a nivel local”, afirma Zvinavashe. “Eso es una de las cosas que tuvimos en cuenta mientras lo diseñábamos. La primera capa podría aplicarse por inmersión y la segunda, por pulverización. Son procesos muy sencillos que los agricultores podrían realizar por sí mismos”. En general, sin embargo, Zvinavashe afirma que sería más económico realizar los recubrimientos de forma centralizada, en instalaciones que puedan conservar y estabilizar más fácilmente las bacterias fijadoras de nitrógeno.
Según Marelli, los materiales necesarios para los recubrimientos están fácilmente disponibles y ya se utilizan con frecuencia en la industria alimentaria. Además, los materiales son totalmente biodegradables y algunos de los compuestos pueden obtenerse a partir de residuos alimentarios, lo que permitiría en el futuro crear sistemas de ciclo cerrado que reciclen continuamente sus propios residuos.
Aunque el proceso supondría un pequeño aumento del coste de las propias semillas, afirma Marelli, también podría generar ahorros al reducir la necesidad de agua y fertilizantes. El balance neto de costes y beneficios aún debe determinarse mediante nuevas investigaciones.
Aunque las pruebas iniciales realizadas con judías comunes han arrojado resultados prometedores según diversas medidas, como la masa radicular, la altura del tallo, el contenido de clorofila y otros indicadores, el equipo aún no ha cultivado una cosecha completa a partir de semillas con el nuevo recubrimiento hasta la recolección, que será la prueba definitiva de su valor. Suponiendo que mejore el rendimiento de las cosechas en condiciones áridas, el siguiente paso será ampliar la investigación a otras variedades de semillas de cultivos importantes, según afirman los investigadores.
“El sistema es tan sencillo que puede aplicarse a cualquier semilla”, afirma Marelli. “Y podemos diseñar el recubrimiento para responder a diferentes patrones climáticos”. Incluso podría ser posible adaptar los recubrimientos a las precipitaciones previstas para una temporada de cultivo concreta, añade.
“Este es un trabajo de gran importancia”, afirma Jason C. White, director de la Estación Experimental Agrícola de Connecticut y profesor de epidemiología en la Universidad de Yale, que no participó en este estudio. “Mantener la seguridad alimentaria mundial en las próximas décadas será uno de los desafíos más significativos a los que nos enfrentaremos como especie. ... Este enfoque encaja con la descripción de una herramienta importante en ese esfuerzo: sostenible, adaptable y eficaz”.
White afirma: “Las tecnologías de recubrimiento de semillas no son nuevas, pero casi todos los enfoques existentes carecen de versatilidad o capacidad de respuesta”. Según él, el nuevo trabajo es “tanto novedoso como innovador” y “realmente abre una nueva vía de investigación para los recubrimientos de semillas adaptables con el fin de mediar en la tolerancia a una serie de estreses bióticos y abióticos”.
El equipo estuvo integrado por Julie Laurent, Salma Mouhib, Hui Sun, Henri Manu Effa Fouda, Doyoon Kim, Manal Mhada y Lamfeddal Kouisni, del MIT y de la Universidad Politécnica Mohammed VI de Ben Guerir (Marruecos). El trabajo contó en parte con el apoyo de OCP S.A., el Programa de Investigación Universidad Politécnica Mohammed VI–MIT, la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos, la National Science Foundation y la cátedra de desarrollo profesional Paul M. Cook del MIT.
