El maíz es uno de los cultivos más importantes del planeta. No sólo proporciona granos dulces para dar sabor a muchos platos, sino que también se utiliza en aceites, como jarabe edulcorante y como alimento para el ganado. El maíz se ha cultivado para maximizar su rendimiento en granjas de todo el mundo.

por Hannah Hickey, Universidad de Washington

ero ¿qué pasará con el cambio climático ? Una investigación dirigida por la Universidad de Washington ha combinado proyecciones climáticas con modelos de plantas para determinar qué combinación de rasgos podría adaptarse mejor a los climas futuros . El estudio utilizó proyecciones del tiempo y el clima en los EE. UU. en 2050 y 2100 con un modelo que simula el crecimiento del maíz para encontrar la combinación de características que producirán el rendimiento más alto y confiable en las condiciones futuras en todo el país.

El artículo de acceso abierto aparece en Environmental Research: Food Systems . UW News preguntó a la autora principal Abigail Swann, profesora de ciencias atmosféricas y biología de la Universidad de Washington, sobre el estudio y sus hallazgos.

Nuestro clima futuro será más cálido, tendrá aire más seco y tendrá una mayor concentración de dióxido de carbono atmosférico. ¿Existe una comprensión amplia de cómo todos estos cambios juntos afectarán el crecimiento de las plantas?

Para el maíz, un estudio previo de nuestro grupo encontró que las temperaturas más altas y el aire más seco tienen aproximadamente el mismo impacto, y ambos conducen a un menor rendimiento del maíz, mientras que más CO 2 disponible para la fotosíntesis aumenta el rendimiento. Sin embargo , el aumento en el rendimiento del CO 2 no fue suficiente para contrarrestar la disminución de los otros dos cambios, por lo que los rendimientos del maíz disminuyeron en general.

En general, temperaturas más altas como las que esperamos en el futuro harán que los cultivos crezcan más rápido pero sean menos productivos. Por supuesto, los cambios en las precipitaciones también afectan su crecimiento en diferentes lugares, aunque eso tiene menos impacto en general, y particularmente para los cultivos agrícolas que dependen del riego.

Por lo general, mucha gente piensa que el cambio climático es algo que cambiará el lugar donde pueden crecer ciertos cultivos. Su estudio dice que las variedades de cultivos que plantamos hoy no son ideales para ningún lugar en el futuro. ¿Porqué es eso?

A medida que el clima continúa calentándose, podemos adaptarnos acercando las variedades de cultivos existentes a los polos, donde el aire es más fresco. Pero trasladar las variedades existentes a nuevos lugares no es suficiente para compensar la pérdida de rendimiento de los cultivos que esperamos en un clima más cálido porque los impactos de las temperaturas más altas son muy perjudiciales.

Nuestro estudio analizó 100 posibles variedades de maíz y descubrimos que las que tendrán más éxito en el futuro no son las variedades que lo son ahora: necesitamos nuevos cultivos para el nuevo clima.

¿Puede describir el maíz que se comportará mejor en los climas futuros, según su estudio, en comparación con las variedades que funcionan mejor en la actualidad?

A las plantas de maíz primero les crecen hojas y luego pasan a producir granos. Descubrimos que hoy en día, las plantas de maíz deben hacer un equilibrio entre producir muchas hojas y todavía tener suficiente tiempo en la temporada de crecimiento para producir una gran cantidad de grano. Esto significa que las variedades más exitosas hoy en día no producen muchas hojas, por lo que pueden pasar al cultivo de cereales a principios de la temporada.

Cultivar más hojas podría potencialmente permitir que el maíz aumente la cantidad de fotosíntesis que la planta puede realizar, lo que también aumentaría la cantidad de grano que podría producir, pero hoy esto tiene el costo de una temporada de crecimiento más corta.

En el futuro, hará más calor en general y es posible que el maíz se siembre antes y se coseche más tarde en la temporada. Esta temporada de crecimiento más larga libera al maíz de esta compensación y le permite producir más hojas y aún tener mucho tiempo para producir granos (hay un impulso adicional por un crecimiento más rápido bajo temperaturas más altas).

Básicamente, en este sentido, las plantas de maíz del futuro podrán tener su pastel y comérselo también. Las variedades que simulamos aprovecharon la capacidad de producir más hojas rindieron más en el clima futuro que las variedades con menos crecimiento de hojas. Sin embargo, estas no son buenas noticias para el maíz. Si bien el maíz podrá producir más hojas y todavía tendrá mucho tiempo para producir granos, los impactos adversos de las altas temperaturas y el aire más seco disminuirán los rendimientos generales. Hacer crecer más hojas y tener una temporada de crecimiento más larga ayuda a amortiguar estos impactos adversos, pero en general, todas las plantas de maíz que simulamos tuvieron peores resultados en condiciones climáticas futuras.

¿Hay alguna manera de verificar estos resultados en plantas reales antes de que estas condiciones climáticas se hagan realidad?

Si bien las plantas que encontramos que se desarrollarían mejor en condiciones climáticas futuras no existen en este momento, las plantas con muchas de estas características se pueden cultivar rápidamente, utilizando técnicas genéticas como CRISPR. Luego se pueden cultivar en condiciones climáticas controladas para ver si nuestros hallazgos son válidos para plantas reales. Esa parte del proceso es sorprendentemente rápida, por lo que podemos crear y probar nuevas variedades de plantas antes de que sean necesarias.

¿Por qué es útil utilizar modelos informáticos, en lugar de limitarse a la reproducción selectiva como se hacía en el pasado?

La obtención de nuevas variedades de cultivos es un proceso muy lento. Pueden pasar décadas desde el mejoramiento inicial hasta las pruebas y la adopción por parte de los agricultores. El proceso comienza con la selección entre las variedades de cultivos existentes según las características deseables, incluido el alto rendimiento. Luego, estas nuevas variedades potenciales se combinan, cultivan y prueban en múltiples entornos y con diferentes manejos. Finalmente, las variedades finales se lanzan comercialmente y luego pueden ser adoptadas por los agricultores.

Con simulaciones podemos probar una gama mucho más amplia de posibles combinaciones de características que podrían funcionar bien para una nueva variedad y utilizar ese conocimiento para guiar las primeras etapas del mejoramiento. Esto puede acelerar el proceso de reproducción y acelerar nuestra capacidad de adaptarnos a un clima cambiante. También nos brinda información sobre qué características podríamos intentar crear que estén más alejadas de nuestras variedades existentes.

¿Cómo encaja su estudio en el campo más amplio de la adaptación climática?

Necesitaremos adaptar la agricultura de muchas maneras para sustentar a una población en crecimiento con una demanda creciente de alimentos, combinada con la pérdida en el rendimiento de los cultivos que esperamos a medida que el clima se vuelva más cálido. Nuestro estudio ayuda a impulsar el proceso de obtención de cultivos resistentes al clima al visualizar cómo deberían verse esos cultivos. Nuestro estudio también proporciona un modelo sobre cómo realizar este análisis para otros tipos de cultivos, además del maíz.

Aunque nos centramos en el maíz para este estudio, vemos nuestro trabajo como una demostración de un enfoque que se puede aplicar a cualquier cultivo y, por lo tanto, más bien como un modelo de cómo podemos incorporar los impactos esperados del cambio climático en el mejoramiento de nuevos cultivos. variedades.

En Estados Unidos hemos oído hablar recientemente de una estabilización de la población debido a tasas de natalidad más bajas y de cambios hacia dietas basadas en plantas, que consumen menos recursos. ¿Puede explicar por qué, a nivel mundial, todavía esperamos un aumento en la demanda de maíz?

La población mundial sigue creciendo y, además de crecer en número total, la población mundial se está volviendo más rica y aumentando su consumo de carne. En los EE. UU. nuestra dieta ya es muy intensiva en carne, por lo que los cambios hacia dietas basadas en plantas y menos intensivas en recursos tienen mucho sentido desde el punto de vista de la salud y el medio ambiente.

Pero el consumo de carne en muchas partes del mundo es actualmente muy bajo. A medida que estas poblaciones aumentan su riqueza, esperamos que en algunos casos aumente el consumo de carne. Este aumento de riqueza es algo bueno para el bienestar de esas personas. Al adaptar la agricultura, esperamos amortiguar las pérdidas de rendimiento esperadas por las temperaturas más altas y ayudar a proporcionar alimentos suficientes para todos.

¿Qué sigue para esta investigación?

Nos gustaría trabajar con mejoradores para crear algunas de las variedades de maíz que propuso nuestro estudio y realizar estudios similares sobre otros cultivos alimentarios importantes a nivel mundial. Actualmente estamos buscando fuentes de financiación adicionales para llevar a cabo estos próximos pasos.

La autora principal, Jennifer Hsiao, realizó el trabajo como parte de su doctorado en biología en la Universidad de Washington. Los coautores son Soo-Hyung Kim, profesor de ciencias ambientales y forestales de la Universidad de Washington; Dennis Timlin del Departamento de Agricultura de Estados Unidos; y Nathaniel Mueller de la Universidad Estatal de Colorado.

Más información: Jennifer Hsiao et al, Adaptación climática asistida por modelos para el futuro maíz en los EE. UU., Environmental Research: Food Systems (2024). DOI: 10.1088/2976-601X/ad3085

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