Rendimiento futuro de vegetales agrícolas en la nueva era del dióxido de carbono

Un reanálisis reciente de datos confirma que algunos cultivos agrícolas están adaptados a un ambiente preindustrial y no pueden distribuir sus recursos eficazmente para aprovechar el dióxido de carbono (CO2) extra que se está acumulando en la atmósfera desde el inicio de la Revolución Industrial. Los resultados del reanálisis sugieren que algunas modificaciones por ingeniería genética en esas plantas podrían solucionar dicha limitación de rendimiento y aumentar así la producción agrícola para una humanidad cada vez más numerosa y en un planeta sometido al reto del cambio climático global.

La mayoría de las plantas (incluyendo la soja, el arroz, la colza y todos los árboles) son de una clase conocida como C3, porque fijan primero el CO2 en un carbohidrato que contiene tres átomos de carbono.

El maíz, el sorgo y la caña de azúcar pertenecen a un grupo especial de vegetales, los de la clase C4, llamados así porque fijan primero el CO2 en un carbohidrato de cuatro átomos de carbono durante la fotosíntesis. En promedio, los cultivos C4 son un 60 por ciento más productivos que los cultivos C3.

Cuando los vegetales se cultivan con una cantidad de CO2 elevada que imita las condiciones atmosféricas futuras, las investigaciones muestran que los cultivos C3 pueden ser más productivos, mientras que algunos experimentos sugieren que los cultivos C4 no serían más productivos en un mundo con más CO2.

Charles Pignon y Stephen Long, ambos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (Estados Unidos), han reanalizado todos los datos relevantes disponibles sobre las limitaciones bioquímicas en la fotosíntesis a fin de hallar las causas exactas de por qué los cultivos C4 podrían no ser más productivos con el aumento del CO2 e idear estrategias para solucionar el problema.

Los investigadores analizaron 49 especies de plantas de cultivo agrícola de tipo C4 y descubrieron que reequilibrando los recursos de las hojas, las plantas podrían afrontar mejor la nueva era climática que les ha tocado vivir. En la foto se muestran parcelas experimentales en las que se investigó la diversidad del sorgo en el marco del proyecto WEST. (Foto: WEST Project)

Pignon y Long han reunido un conjunto de datos a partir de mediciones de la fotosíntesis en 49 especies de vegetales C4. Al examinarlo, vieron claramente un patrón: Con una concentración atmosférica baja de CO2 (muy inferior a la existente poco antes de la Revolución Industrial) la fotosíntesis de los vegetales C4 estaba limitada por la actividad de la enzima que fija el CO2. Sin embargo, con la concentración atmosférica actual de CO2, la fotosíntesis de los vegetales C4 está limitada por la capacidad de proveer la molécula con la cantidad de átomos de carbono necesaria.

"Este hallazgo es análogo a una cadena de ensamblaje de automóviles donde el suministro de motores supera al suministro de chasis para alojarlos", explica Long. "Necesitamos modificar estas plantas para equilibrar mejor sus recursos en uno o ambos sentidos".

En primer lugar, los autores del estudio sugieren que los vegetales C4 necesitan reducir la cantidad de la enzima utilizada para fijar el CO2 y reinvertir los recursos ahorrados en la fabricación de una mayor cantidad de unidades de la molécula aceptadora de CO2.

En segundo lugar, necesitan restringir el suministro de CO2 en la hoja reduciendo el número de poros (estomas) en la superficie de la hoja. Long explica que disminuir el CO2 dentro de la hoja optimizaría la bioquímica, sin disminuir la tasa de fotosíntesis; y que con menos estomas, se perdería menos agua, por lo que aumentaría la eficiencia del uso del agua del cultivo agrícola. (Fuente: NCYT de Amazings)