Las plantas de frijol que suprimen el crecimiento de las raíces secundarias a favor de impulsar el crecimiento de las raíces primarias forjan un mayor volumen de suelo para adquirir fósforo, según los investigadores de Penn State, quienes dicen que sus hallazgos recientes tienen implicaciones para los fitomejoradores y mejoran la productividad de los cultivos en suelos pobres en nutrientes. El aumento en la longitud de la raíz se conoce como crecimiento primario, mientras que el crecimiento secundario es el aumento de grosor o circunferencia de la raíz. Debido a que el crecimiento de las raíces confiere un costo metabólico a la planta, plantas de frijoles que crecen en suelos empobrecidos en fósforo que envían más tiempo, las raíces más delgadas tienen la ventaja de explorar un mayor volumen de suelo y adquirir más fósforo.

"Como estrategia natural para que las plantas lidien con el estrés por fósforo, es un ganador, "dijo el investigador principal Christopher Strock, estudiante de doctorado en biología vegetal en la Facultad de Ciencias Agrícolas. "Eso es importante porque la mayoría de los suelos en todo el mundo tienen deficiencia de fósforo, y los rasgos de las raíces que mejoran la adquisición de fósforo no solo pueden ayudar a mejorar la eficiencia de la absorción de fertilizantes para los agricultores aquí en los EE. UU., pero también beneficia a los agricultores de los países en desarrollo que no tienen acceso a fertilizantes fosfatados ".

Los investigadores utilizaron el frijol común como modelo para esta investigación porque es uno de los cultivos más fundamentales que contribuyen a la seguridad alimentaria. con mayor volumen para consumo humano directo que cualquier otra leguminosa de grano. Es especialmente importante en todo el mundo en desarrollo en África subsahariana y América Central y del Sur, donde las personas no tienen un amplio acceso a la proteína animal. En esas regiones, los frijoles son una fuente primaria de proteínas y nutrición. A pesar de la importancia de este cultivo, los rendimientos en gran parte del mundo están limitados por suelos ácidos y extremadamente pobres en fosfato, uno de los principales nutrientes que necesitan las plantas para crecer.

"Si podemos identificar los rasgos de las raíces que mejoran la eficiencia de la búsqueda, podemos desarrollar nuevos cultivares que tengan mayor capacidad para absorber fósforo, y han mejorado los rendimientos en estos entornos, "Dijo Strock.

Al realizar el estudio, que se publicó en la edición de este mes de Fisiología de las plantas , Los investigadores utilizaron técnicas de modelado por computadora y desarrollaron recombinantes, líneas endogámicas de frijol común para comprender cómo las plantas asignan recursos al crecimiento de raíces primarias y secundarias bajo estrés por fósforo. Las plantas se cultivaron en ambas condiciones de invernadero, en el campus de University Park de Penn State, y en campos selectos en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson de la Universidad en Rock Springs.

Normalmente, Los suelos de Pensilvania contendrían demasiado fósforo para permitir experimentos de campo sobre estrés por fósforo, pero el grupo de investigación del Profesor Distinguido de Ciencias Vegetales de la Universidad Jonathan Lynch desarrolló una técnica para crear parcelas experimentales que replican las condiciones de agotamiento de fósforo de los suelos tropicales oxisol en la instalación de Larson. Esto se logró agregando camiones cargados de pellets de óxido de aluminio a los campos, que une el fósforo en el suelo, haciéndolo no disponible para las plantas.

También es exclusivo del laboratorio Lynch el uso de tomografía por ablación con láser para seccionar y medir la anatomía de la raíz. Esta técnica revolucionaria, inventado por el laboratorio Lynch, no solo permite una mayor precisión en las observaciones de la anatomía de la raíz, pero también les brinda a los investigadores la capacidad de tomar muestras rápidamente de cientos de muestras de raíces por día, una tarea que requeriría una cantidad de trabajo y tiempo poco práctica utilizando métodos tradicionales.

Las diferencias en el crecimiento de las plantas de frijol observadas por los investigadores fueron sorprendentes. En el tratamiento de estrés por fósforo, los genotipos con mayor reducción de su crecimiento radicular secundario habían aumentado la longitud de la raíz, tomó más fósforo, y tuvo brotes más grandes que los genotipos con mayor crecimiento de raíces secundarias. "Todos los genotipos que analizamos suprimieron su crecimiento secundario de raíces bajo estrés por fósforo, pero algunos mostraron esta respuesta con mucha más fuerza que otros, ", dijo Strock." Y aquellos que suprimieron más su crecimiento secundario, se desempeñaron mejor bajo estrés por fósforo porque pudieron aprovechar los recursos que estarían poniendo en el crecimiento secundario y aumentando la longitud de las raíces para buscar más fósforo ".

Lynch señaló que su grupo de investigación colabora directamente con los fitomejoradores del Departamento de Agricultura de EE. UU. Y los centros agrícolas en Columbia. Honduras, Mozambique, Zambia y Malawi. Actualmente, los criadores están incorporando otros descubrimientos de su laboratorio y están lanzando varias nuevas variedades de frijoles con características mejoradas de raíces para la adquisición de fósforo a los agricultores de Mozambique y Zambia.

"Nuestro objetivo en este laboratorio es identificar rasgos como el crecimiento reducido de raíces secundarias que podamos transmitir a los criadores para que puedan incorporarlos a sus programas de mejoramiento, ", Dijo Lynch." Trabajando con nuestros socios de cría, Se pueden desarrollar variedades de frijol común que hayan reducido el crecimiento de las raíces secundarias y, por lo tanto, un mejor rendimiento en suelos pobres. lo que será un gran beneficio para los pequeños agricultores, que dependen de los frijoles para obtener alimentos e ingresos ".