Con el escáner hacia el interior de la tierra desconocida: ¿Cómo se observa el crecimiento de las raíces?

14 de diciembre de 2017; tiempo de lectura: 4 minutos

¿Cómo se observa el crecimiento de las raíces de una remolacha azucarera a 1,5 metros de profundidad? Es bastante sencillo. Lo único que se necesita es un taladro enorme, tubos largos de plexiglás, un escáner especial, un montón de programas informáticos para el reconocimiento de las imágenes y un equipo de investigación de KWS bien entrenado.

En el campo: Benjamin Gruber prepara el escáner para detectar el sistema de raíces bajo tierra.

En el campo: Benjamin Gruber prepara el escáner para detectar el sistema de raíces bajo tierra.

Probablemente, se han explorado mejor las profundidades del océano que las raíces meticulosamente ramificadas de las plantas en el suelo. Son las raíces las que deciden con qué eficacia absorben el agua y los nutrientes del suelo el maíz, la remolacha u otras plantas. Y también, por lo tanto, hasta cierto punto, cuánto tiene que regar o fertilizar el agricultor. Por consiguiente, las raíces constituyen un factor importante en el mejoramiento de nuevas especies de plantas tolerantes a la sequía o eficientes con el nitrógeno.

¿Cómo hacen frente al estrés las plantas?

En el departamento de investigación de KWS, el australiano Benjamin Gruber y sus colegas explican cómo se puede observar, evaluar y cuantificar el crecimiento de las raíces. Su objetivo es analizar cientos de plantas en un período de tiempo corto para ver cómo sobrellevan el estrés abiótico, como la sequía o la falta de nutrientes. Este es uno de los requisitos previos para identificar nuevos genes en las plantas que garanticen un rendimiento estable y tolerancia a la sequía. Ambos son objetivos de mejoramiento importantes de KWS.

Observar las raíces y su crecimiento en profundidad no es insignificante en absoluto: Un metro cuadrado de campo de cereales suele contener de 50 a 90 kilómetros de raíces (de unos 40 a unos 60 en el caso del maíz y de 20 a 50 en el de la remolacha azucarera). Las raíces de la remolacha azucarera penetran a una profundidad de hasta cinco metros en la tierra. Los pelos más finos de las raíces tienen, de manera sistemática, menos grosor que un cabello humano. ¿Cómo se puede conseguir una imagen precisa?

Cavar, lavar y medir

Existe un sistema, comprobado con el maíz, que sigue el enfoque relativamente simple denominado "shovelomics", del inglés: Simplemente, en esta "investigación con pala" ("shovel research"), se desentierra la planta junto a su raíz y la tierra se elimina mediante un lavado exhaustivo. Entonces, la raíz se puede medir ópticamente con cámaras y programas informáticos. A partir de múltiples imágenes, especialistas en análisis de imágenes y bioinformáticos calculan el número y el grosor de las raíces, así como el ángulo en relación con el tallo de la planta.

Hacia las profundidades: el escáner desaparece bajo el campo.

Hacia las profundidades: el escáner desaparece bajo el campo.

También se registra información sobre la ramificación de las raíces principales y secundarias y sobre muchas otras características. "Con solo una o pocas plantas, esto podría hacerse visualmente. Pero para crear una herramienta eficaz para el fitomejoramiento, debemos recolectar cientos o miles de raíces. Esto solo es posible mediante un método digital y automatizado", dice Gruber. Para medir el diámetro de las raíces, su equipo colabora con el centro de investigación Jülich. Esta no es la única colaboración: KWS trabaja con muchos socios internacionales. Entre ellos se incluyen universidades, otros institutos y también empresas.

Imágenes de las profundidades

Después de este tipo de investigación "pala en mano", no obstante, la planta examinada ya no es útil. Sería mucho mejor hacer un seguimiento continuo en condiciones reales o en el campo. Gruber hace agujeros en el suelo de las parcelas de remolacha con un taladro especial. Luego coloca tubos transparentes en el suelo. A través de un escáner especial, puede capturar imágenes de las raíces en crecimiento. Mediante el escaneo a intervalos de días o semanas, puede obtener una imagen continua de las profundidades.

Algo que suena sencillo, en realidad implica muchos intentos, variaciones y cambios en el fundamento. Los empleados del grupo de trabajo de KWS están muy acostumbrados a que Gruber les asigne tareas especiales. Y no llegaría lejos si trabajase solo, dice el biotecnólogo. Los trabajadores de campo le ayudan a hacer los agujeros. Varios mejoradores indican cuáles son las características deseadas y buscadas de las plantas. Los especialistas en detección de imágenes de KWS contribuyen a la detección del sistema de raíces. El fitomejoramiento moderno solo es posible con la interacción de muchos expertos.

  • Personas en KWS

    La exploración de las raíces proporciona un enorme potencial para los mejoradores de plantas.

    Benjamin Gruber, Investigador en raíces
    kws_wurzelforscher_benjamin_gruber_portrait_auf_dem_feld.jpg

"KWS está creando un nuevo conjunto de herramientas para capturar el crecimiento de las raíces a gran escala. Probamos procesos nuevos y perfeccionamos lo que ya se ha probado. Después, debemos saber qué plantas y con qué caracteres genéticos crecen en qué suelo y con qué suministros de nutrientes y agua", dice Gruber. Esto cuesta tiempo y dinero. Ambos son inversiones en el futuro de una empresa que hace más de 160 años que existe y que continúa ofreciendo a los agricultores variedades de alto rendimiento. La empresa familiar KWS gasta alrededor del 17 por ciento de la facturación en investigación.

El mejoramiento vegetal requiere una observación precisa

La observación precisa de los rasgos de las plantas, con el propósito de obtener indicaciones para el mejoramiento vegetal, es tan antigua como la agricultura misma. Por ejemplo, los primeros agricultores empleaban los granos más gruesos de un año para sembrarlos el año siguiente. Gregor Mendel se fijó en el color y la forma de los guisantes para establecer sus reglas de transmisión hereditaria basadas en los resultados de la observación. Cuando se tienen en cuenta las propiedades visibles y medibles de las plantas, los biólogos hablan de fenotipos.

El planteamiento de Ben Gruber es similar al de otros proyectos de fenotipado de KWS. Los expertos en investigación de KWS recopilan datos del medio ambiente, ya sea con cámaras en drones o con escáneres subterráneos. Las imágenes se recopilan en un ordenador y se analizan automáticamente para proporcionar información nueva a los mejoradores. "Todo esto tiene que funcionar a escala industrial, con viento y lluvia, en lodo y en sequía, no solo en un laboratorio o con 20 plantas. El fitomejoramiento es siempre una cuestión de cifras grandes, y se deben evaluar miles de plantas", explica Gruber, antes de volver al análisis estadístico de sus datos.

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