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July 7, 2008
Source:
Elhuyar Fundazioa
En el futuro, el cambio climático
traerá consigo un aumento de las superficies salinas de la
Tierra y un incremento de la concentración de CO2 en la
atmósfera. Sin embargo, el elevado CO2 tiene efectos positivos
sobre la fisiología de las plantas de cebada e incrementa su
tolerancia a la salinidad. Así se desprende de la tesis doctoral
que Usue Pérez-López ha presentado en la UPV/EHU.
La cebada es uno de los cultivos de mayor importancia en el
mundo. De hecho, con 56 millones de hectáreas, es el cuarto
cereal más cultivado del mundo y se encuentra ampliamente
representado en todos los Continentes, debido a que se adapta
muy bien a distintos ambientes. Como ocurre con el resto de las
plantas, el correcto desarrollo de la cebada depende de un
adecuado equilibrio entre la disponibilidad de agua, nutrientes
y CO2. Sin embargo, se prevé que en el futuro aumente la
salinidad del suelo, provocando diversos desequilibrios que
tendrán como consecuencia el descenso del crecimiento de la
cebada.
Según han argumentado distintos autores, un aumento del nivel de
CO2 en la atmósfera podría mitigar la reducción del crecimiento
de las plantas, debida a la alta concentración de sales. Sin
embargo, las investigaciones realizadas hasta el momento
discrepan en cuanto a sus resultados, y se desconoce si los
niveles elevados de CO2 pueden mitigar los efectos negativos de
la salinidad sobre la cebada. A esta cuestión viene a responder
la tesis doctoral europea que la profesora de la UPV/EHU Usue
Pérez-López ha presentado en la Facultad de Ciencia y
Tecnología: Respuestas fisiológicas de la cebada a la
interacción de la salinidad y el elevado CO2. Prospección ante
el cambio climático. Usue Pérez-López, licenciada en Ciencias
Biológicas y Premio Extraordinario de Licenciatura, ha realizado
su trabajo bajo la dirección de los doctores Alberto Muñoz-Rueda
y Amaia Mena-Petite, del Departamento de Biología Vegetal y
Ecología. La ya Dra. Pérez-López ha desarrollado parte de su
investigación en el Departamento de Química y Biotecnologías
Agrarias de la Universidad de Pisa (Italia).
Mayores tasas de salinidad y CO2
Según datos de la Organización de las Naciones Unidas para la
Agricultura y la Alimentación (FAO), cerca de un 20% de la
superficie cultivable bajo riego está sometida a algún nivel de
salinización, lo cual la convierte en una tierra hostil para la
agricultura. Además, se prevé que en un futuro próximo la
salinidad aumente a causa de factores como la ampliación de las
zonas de regadío, los sistemas de riego poco eficientes, el
empleo de agua de mala calidad y el aumento de las pérdidas de
agua del suelo por el incremento de la evaporación como
consecuencia de las altas temperaturas.
Como resultado de ese aumento de la salinidad, se deteriorará el
estado hídrico de las plantas de cebada y se producirán
desequilibrios en su nutrición debido al exceso de sodio y cloro
(componentes de la sal) y por la falta de potasio, calcio y
nitrógeno. En definitiva, la planta producirá menos
carbohidratos y proteínas, lo que se traduce en un descenso del
crecimiento de su crecimiento.
Por otro lado, el Panel Intergubernamental para el Cambio
Climático (IPCC) prevé que a finales del siglo XXI la
concentración de CO2 en la atmósfera duplique la actual. Un
incremento que el ser humano favorece a través de la quema de
combustibles fósiles y la destrucción de bosques. Sin embargo,
la Dra. Pérez-López cree que la cebada podría verse beneficiada
por dicho incremento, al menos en lo que respecta a mitigar las
consecuencias negativas de la elevada salinidad. Su
investigación parte de la hipótesis de que, a mayor
concentración de CO2, la tasa de fotosíntesis sería superior, el
estado hídrico de la planta mejoraría debido a su menor
transpiración (perdería menos agua), absorbería menos iones
tóxicos y estaría mejor protegida frente a la oxidación.
Así, la Dra. Pérez-López ha seleccionado dos variedades de
cebada (Hordeum vulgare cv Alpha y Hordeum vulgare cv Iranis) y
ha estudiado su desarrollo, su estado nutricional e hídrico, su
sistema antioxidante y el metabolismo del carbono y del
nitrógeno bajo condiciones de alta salinidad y elevado CO2, por
separado y en conjunto.
Efectos positivos del CO2
Uno de los objetivos de la tesis de la Dra. Pérez-López era
saber si el elevado CO2 permitiría que se acumulase menos cloro
y sodio en los tejidos de la cebada. Tras realizar un estudio de
los distintos órganos de la planta, ha concluido que el CO2 no
mitiga la acumulación de sodio en los tejidos, pese a que la
planta presenta un mayor crecimiento y una menor transpiración.
Esta menor transpiración ocasionada por la alta concentración de
CO2 sí atenúa la pérdida de agua a través de las hojas, ya que
los estomas se mantienen cerrados y los tejidos de la planta se
deshidratan en menor medida. Además, la Dra. Pérez-López ha
observado que las plantas que crecen bajo dichas condiciones
presentan un mayor desarrollo de las raíces, por lo que aumenta
la superficie de absorción de agua. En consecuencia, de la tesis
de Usue Pérez-López se deduce que los altos niveles de CO2
mejoran considerablemente el estado hídrico de la cebada.
Por otra parte, la Dra. Pérez-López se pregunta si la mayor
concentración de CO2 en la atmósfera mitiga la reducción del
crecimiento que causa la salinidad. Según su tesis doctoral, el
elevado CO2 influye positivamente en la fotosíntesis de la
planta, ya que a pesar de que la planta mantiene cerrados sus
estomas, la difusión de CO2 entre el exterior y el interior de
la hoja es superior.
Finalmente, la Dra. Pérez-López ha determinado el nivel de
estrés oxidativo de la cebada (la oxidación que sufre la planta
a causa de la elevada salinidad) y ha estudiado su capacidad
antioxidante, es decir, sus mecanismos de defensa. Su conclusión
es que la alta concentración de CO2 alivia dicho estrés.
En definitiva, la investigación de la Dra. Pérez-López concluye
que el incremento de CO2 permite un mayor crecimiento de las
plantas de cebada sujetas a condiciones salinas, gracias a la
mejora de su estado hídrico y su turgencia, pero, sobre todo,
gracias al incremento de la fotosíntesis.
CO2
increase in the atmosphere augments
tolerance of barley to salinity
In future, climate change will bring an increase in salty
surfaces on the Earth and in the concentration of CO2 in the
atmosphere. However, this higher CO2 has some positive effects
on the physiology of barley plants and increases its tolerance
to salinity. This is the conclusion of the PhD thesis of Ms Usue
Pérez-López, defended at the University of the Basque Country
(UPV/EHU).
Barley is one of the most important crops in the world. In fact
56 million hectares are under barley crops, making it the fourth
most grown cereal worldwide. It is widespread over all the
Continents, given that it adapts very well in different
habitats. As with other plants, the correct development of
barley depends on a suitable balance between the availability of
water, nutrients and CO2. Nevertheless, it is predicted that
there will be an increase in salinity in the soil in future,
causing various imbalances which will result in a reduction in
the growth of barley.
According to a number of authors, an increase in the CO2 level
in the atmosphere may mitigate this growth decrease of the
plants caused by high concentration of salts. However, research
to date differs as regards results, and it is not known if the
increased levels of CO2 can mitigate the negative effects of
salinity on barley. This question was addressed by UPV/EHU
teacher, Usue Pérez-López, in her PhD, presented at the
University’s Faculty of Science and Technology: Physiological
responses of barley to the interaction of salinity and increased
CO2. Prospects with climate change. Ms Pérez-López, a graduate
in Biological Sciences with an Extraordinary Degree Award,
carried out her work under the direction of doctors Alberto
Muñoz-Rueda and Amaia Mena-Petite, from the Department of Plant
Biology and Ecology. Dr. Pérez-López developed part of her
research at the Department of Chemistry and Agricultural
Biotechnology of the University of Pisa (Italy).
Greater rates of salinity and CO2
According to data supplied by the Food and Agriculture
Organization of the United Nations (FAO), some 20% of irrigated
arable surface area is subject to some level or other of
salinisation, thus being hostile terrain for agriculture.
Moreover, it is predicted that, in the near future, salinity
will increase due to factors such as the expansion of irrigated
zones, inefficient irrigation systems, the use of poor quality
water and the increase in soil water loss due to greater
evaporation as a consequence of high temperatures.
As a result of this increase in salinity the hydric state of
barley plants will deteriorate and imbalances in their nutrition
will occur due to excess sodium and chlorine (components of
salt) and due to lack of potassium, calcium and nitrogen. In
essence, the plant will produce less carbohydrates and proteins,
which means a reduction in its growth.
The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) predicts
that the CO2 concentration in the atmosphere at the end of the
XXI century will double current levels. An increase contributed
to by human activity through the combustion of fossil fuels and
the destruction of forests. However, Dr. Pérez-López believes
that barley could benefit from this increase, at least as
regards mitigating the negative consequences of high salinity.
Her research was based on the hypothesis that the greater the
concentration of CO2, the higher the rate of photosynthesis, the
hydric state of the plant is enhanced due to its lower
transpiration (losing less water) and absorbs less toxic ions
and is better protected against oxidation.
Dr. Pérez-López selected two varieties of barley (Hordeum
vulgare cv Alpha and Hordeum vulgare cv Iranis) and studied
their development, their nutritional and hydric states, their
antioxidant system and carbon and nitrogen metabolisms, under
high salinity and CO2 conditions, both separately and together.
Positive effects of CO2
One of the goals of Dr. Pérez-López’s thesis was to see if the
increased CO2 levels would enable less chlorine and sodium to be
accumulated in the tissues of the barley plant. After
undertaking a study of the various plant organs, she concluded
that CO2 does not mitigate the accumulation of sodium in the
tissues, despite the plant showing greater growth and less
transpiration.
This lower transpiration, cause by the presence of high
concentrations of CO2, does attenuate the loss of water through
the plant leaves, due to the fact that the stomas are kept
closed and the plant tissues are dehydrated to a lesser degree.
Moreover, Dr. Pérez-López observed that plants growing under
these conditions show greater root development, which augments
the surface for water absorption. As a consequence, deducing
from Ms Pérez-López’s thesis, high levels of CO2 considerably
enhances the hydric state of barley.
Dr. Pérez-López also asked herself if higher concentrations of
CO2 in the atmosphere mitigate the reduction in growth caused by
salinity. According to her PhD thesis, high concentrations of
CO2 have a positive influence on the photosynthesis of the plant
because, despite the fact that the plant keeps its stomas shut,
the diffusion of CO2 between the exterior and the interior of
the leaf is greater.
Finally, Dr. Pérez-López determined the oxidative stress level
of the barley (the oxidation suffered by a plant due to high
salinity), studied its antioxidant capacity, that is its defence
mechanisms. Her conclusion was that high concentrations of CO2
alleviate this stress.
In short, Dr. Pérez-López’s research concludes that the increase
in CO2 enables greater growth of barley plants subject to saline
conditions, thanks to the improvement in their hydric state and
turgescence, but, above all, to the increase in photosynthesis.
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