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February 19, 2008
By
Laura
McGinnis
Some plants like it hot. Cotton
with superior heat tolerance can be a profitable crop for warmer
climates, so Agricultural Research Service (ARS)
scientists are identifying tolerance-specific genetic selection
tools to assist breeding efforts.
Unfortunately, it's nearly
impossible to differentiate between heat tolerance and
heat avoidance simply by examining the quantity and
quality of final crop yields. Heat avoidance refers to
characteristics that enable a plant to withstand the heat with
similar, but less reliable, results—for example, by shifting the
bulk of metabolic activity to cooler, evening periods.
At the
U.S. Arid-Land Agricultural Research Center in Maricopa,
Ariz., ARS scientists are investigating the process known as
"dark respiration." This research could make it easier to
differentiate between heat-tolerant and heat-avoidant plants.
Dark respiration is a
continuous process in which mitochondria within a plant's cells
oxidize carbohydrates to create energy. Cotton plants make more
starch during the day than they require for growth. The excess
starch is stored in plant cells' chloroplasts, where
photosynthesis occurs. At night, that starch is broken down via
respiration and other metabolic processes and used to support
new growth, such as cotton bolls.
To determine the relationship
between efficient nocturnal carbon use and heat tolerance, plant
physiologist
Steven Crafts-Brandner and plant geneticist
Richard Percy—now with the
ARS Southern Plains Agricultural Research Center in College
Station, Texas—selected three upland and three pima cotton
cultivars, choosing a mix of heat-tolerant and heat-susceptible
plants. They have been monitoring the cultivars' rates of dark
respiration and photosynthesis throughout the day.
Percy and Crafts-Brandner have
already made some significant observations. For example, the
cultivars with the greatest heat tolerance generally have lower
rates of dark respiration and more efficient use of
carbohydrates. If ongoing studies support these observations,
the scientists may be able to use these traits to improve the
cotton breeding program.
ARS is the
U.S. Department of Agriculture's
chief scientific research agency.
Por
Laura
McGinnis
19 de febrero 2008
Algunas plantas les gusta el
calor. Las líneas de algodón que tienen una tolerancia superior
al calor pueden ser rentables en los climas más calientes. Así
que algunos científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS)
están identificando las herramientas específicas de selección
genética que pueden ser útiles en los programas de crianza de
nuevas variedades de algodón.
Desafortunadamente, es casi
imposible distinguir entre las características de "tolerancia al
calor" y "evitación del calor" en plantas simplemente con una
examinación de la cantidad y calidad de los rendimientos del
cultivo. La evitación del calor se refiere a las características
que hacen posible que una planta pueda tolerar el calor con
resultados semejantes, pero menos fiables—por ejemplo, por la
estrategia de realizar la mayoría de la actividad metabólica
durante los períodos más frescos en la noche.
En el
Centro Estadounidense de Investigación Agrícola de Terrenos
Áridos, mantenido por el ARS en Maricopa, Arizona, los
científicos están investigando el proceso conocido como la
respiración oscura. Estas investigaciones podrían facilitar la
capacidad de distinguir entre las plantas con tolerancia al
calor y aquellas con evitación del calor.
La respiración oscura es un
proceso continuo en lo cual las mitocondrias dentro de las
células de la planta oxidan carbohidratos para crear energía.
Durante el día, las plantas de algodón producen más almidón que
necesitan para su propio crecimiento. Las plantas almacenan el
almidón excedente en los cloroplastos de las células, donde
ocurre la fotosíntesis. Durante la noche, el almidón excedente
es degradado por respiración y otros procesos metabólicos y
utilizado para apoyar nuevo crecimiento, tal como la producción
de las cápsulas de algodón.
Para determinar la relación
entre el uso eficaz nocturno del carbono por la planta y la
tolerancia al calor, el fisiólogo de plantas
Steven Crafts-Brandner y el genetista de plantas
Richard Percy—ahora con el
Centro de Investigación Agrícola de las Llanuras Sureñas,
mantenido por el ARS en College Station, Texas—seleccionaron
tres líneas de algodón de tierra alta y tres líneas de algodón
Pima, utilizando una mezcla de algunas plantas con tolerancia al
calor y otras con vulnerabilidad al calor. Los científicos están
observando las tasas de respiración oscura y fotosíntesis de las
líneas por todo el día.
Percy y Crafts-Brandner ya han
hecho algunas observaciones significativas. Por ejemplo, las
líneas que tienen la tolerancia más alta al calor generalmente
tienen tasas más bajas de respiración oscura y una utilización
más eficaz de carbohidratos. Si los estudios en curso confirman
estas observaciones, quizás los científicos podrían utilizar
estos rasgos para mejorar el programa de crianza de algodón.
ARS es la agencia principal
de investigaciones científicas del
Departamento de Agricultura de
EE.UU. |
