Projecte H2020 AgroPHYS: Comprendre com les plantes superen la sequera controlant la funció estomàtica: aplicabilitat i impactes a l'agricultura
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2017 -2020
- Pressupost assignat 263.440,8 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte AgroPHYS
La sequera pot causar importants pèrdues econòmiques a causa de la disminució de la productivitat. l'aigua que necessita el nostre cultiu en cadascuna de les etapes fenològiques, perquè se sap que depenent de quina etapa es trobi el cultiu, serà menys o més resistent a la sequera.
Aquestes estratègies es poden optimitzar en gran mesura millorant el coneixement fisiològic darrere d'aquestes diferents resistències en diferents etapes fenològiques. noves hipòtesis a provar. Això no obstant, això només serà possible si hi ha una bona comunicació entre el fisiòleg i l'agrònom per millorar les estratègies de reg, entre ells i els enginyers i les empreses per minimitzar els costos de les tecnologies en l'agricultura, i entre aquests i els matemàtics i modeladors per traduir els mecanismes fisiològics en equacions.
Els primers resultats obtinguts durant la fase de sortida van ser: 1) es va utilitzar per primera vegada la tècnica òptica per monitoritzar simultàniament la formació d'embòlies de xilema en arrels, tiges i fulles en plàntules d'olivera senceres i intactes; (2) les arrels es van identificar com els òrgans més resistents a la formació d'aquestes embòlies, en contrast amb estudis previs que assenyalaven les arrels com a teixits més vulnerables que els teixits centrals (tiges); i (3) es va trobar una variació relativament alta en la resistència entre individus, entre teixits i dins de teixits.
Atès que en aquest treball no es va avaluar limpacte de la hidràulica de les plantes en el funcionament dels estomes, es va realitzar un experiment específic també en olivera amb lobjectiu de determinar si la via hidràulica des del sòl fins al full és dinàmica o estàtica durant el tancament dels estomes. Els resultats van incloure: (1) el desenvolupament d'un nou mètode hidràulic per dividir les vies hidràuliques del sòl a les fulles;
Directament relacionat amb AgroPHYS, ampliem el nostre coneixement sobre com els trets hidràulics poden ser decisius per protegir les plantes contra els efectes negatius de la sequera treballant amb diferents genotips d'olivera. A més, també es va abordar la perspectiva d'aplicació d'AgroPHYS mitjançant el desenvolupament d'eines robustes i de base fisiològica per a la gestió del reg, demostrant que la combinació dels tres camps d'investigació principals d'AgroPHYS no només és possible sinó fonamental per avançar en l'optimització de l'ús de l'aigua a l'agricultura. A més d'aquests resultats directes d'AgroPHYS, i gràcies a la participació en campanyes basades a Sincrotró, vam demostrar que la tècnica òptica era tan eficaç com les tècniques hidràuliques i de microtomografia per mesurar els llindars de resistència hidràulica de l'estrès hídric.
Durant tota la Fase Entrant, els experiments es van centrar principalment en l'aplicació dels nous coneixements fisiològics vegetals adquirits durant la Fase Sortint a l'hort experimental 'La Hampa' de l'IRNAS-CSIC. Sis espècies d'arbres fruiters van ser caracteritzades fisiològicament, extensivament, i monitorades amb sensors meteorològics, de terra i de plantes.
Com a resum dels resultats generals d'AgroPHYS, podem dir que (1) conèixer la resistència a l'estrès hídric de les espècies agrícoles és fonamental en un context de canvi global; (2) no obstant això, aquests nivells d'estrès hídric no s'han d'assolir als horts d'arbres fruiters i, de fet, les plantes ho eviten tancant els estomes; (3) sembla que les limitacions en la productivitat derivades d'aquest tancament estomatològic estan relacionades amb la capacitat subterrània d'absorció d'aigua; i (4) demostrem que la conductància estomàtica hauria de ser el nostre objectiu per monitoritzar l'estrès hídric en horts fruiters.
L'explotació i difusió d'aquests resultats s'ha abordat mitjançant la seva presentació a diverses Trobades Internacionals de Xylem, en seminaris tant a la Universitat de Tasmània com a Centres de Recerca a Espanya, iniciant una col·laboració amb científics del sòl a la Universitat de Bayreuth (Alemanya), i publicant diversos articles a revistes d'alt nivell, donant un suport extra a les nostres conclusions.
Actualment vivim sota una crisi global on l'augment de la població mundial i, per tant, la demanda d'aliments està col·locant l'agricultura en un context d'urgència perquè necessitarà produir aquests aliments sense malbaratar l'aigua necessària per a aquesta producció. A més d'això, la crisi climàtica i l'augment de l'escassetat d'aigua, considerant que l'ús agrícola pot ser de fins al 80% de l'aigua dolça disponible, fan imprescindible la millora de les pràctiques agrícoles i el desenvolupament d'estratègies de reg més eficients.
Els esdeveniments de sequera, cada cop més freqüents i severs, causen estrès hídric de les plantes, una resposta funcional i estructural de les plantes a la baixa disponibilitat d‟aigua, que redueix la productivitat d‟un cultiu. Per tant, la comprensió de l'impacte, els mecanismes i les característiques subjacents a la tolerància a la sequera a les espècies de plantes agrícoles és essencial per augmentar l'eficiència de les estratègies de reg i millorar la productivitat. Els impactes d'això a la societat són directes i representen les prioritats europees principals: optimitzar l'agricultura en un clima canviant amb una disponibilitat d'aigua reduïda i una població en creixement.
El projecte AgroPHYS té com a objectiu combinar tres importants camps de recerca (diagrama adjunt) per fer front a aquesta necessitat urgent: una comprensió fonamental dels mecanismes fisiològics de la resposta de les plantes a la sequera, l'ús de sensors de plantes per monitoritzar aquestes respostes en temps real i la implementació de models basats en fisiologia per a predir els impactes del canvi.
Les conclusions de l'acció es poden resumir en: (1) l'ús de la tècnica òptica per visualitzar in vivo la formació de bloqueig d'aire dins del sistema vascular a mesura que les plàntules d'olivera es deshidraten; va permetre demostrar que les arrels eren els òrgans més resistents a la disfunció hidràulica; (2) els resultats obtinguts d'aquesta tècnica òptica, fàcil de fer servir i de baix cost, concorden amb les tècniques hidràuliques més comunes i amb les tècniques d'alta resolució basades en sincrotró; (3) sembla que les limitacions d'obertura dels estomes estan relacionades amb una disminució de la conductància hidràulica sòl-arrel sota nivells moderats d'estrès hídric en olivera; (4) la producció d'àcid abscísic a les fulles és crucial per protegir els gots de la formació d'obstruccions d'aire, ja que exerceix un paper clau en el desencadenament del tancament dels estomes; i (5) amb una combinació de models mecanicistes i sensors de pressió de turgència foliar, és possible el monitoratge automàtic i continu de la conductància estomàtica en espècies d'arbres fruiters, cosa que millorarà l'aigua utilitzada per aquests horts fruiters.
Les plantes terrestres han fet front a la sequera des que van colonitzar la terra seca per primera vegada. La sequera és la causa més freqüent d'estrès hídric, una resposta funcional i estructural de les plantes a la baixa disponibilitat d'aigua. Comprendre l'impacte, els mecanismes i els trets subjacents a la tolerància a la sequera a les espècies de plantes agrícoles és essencial per millorar la productivitat i, a més, representa una prioritat europea important (SFS-01-2016): optimitzar l'agricultura en un clima canviant amb una disponibilitat d'aigua reduïda i una població en creixement.
Per abordar aquesta necessitat urgent cal comprendre primer com els estomes regulen l'intercanvi gasós de les fulles, ja que els estomes són la principal limitació de la fotosíntesi en cultius sota estrès hídric. Tant els senyals hidràulics com els no hidràulics o hormonals són els principals impulsors de la regulació estomàtica. Per això, AgroPHYS proposa investigar com interactuen aquests senyals per protegir les plantes contra la nociu dessecació. Aquest projecte generarà coneixement fisiològic, a la UTAS, a partir d'una sèrie de tècniques experimentals i l'aplicarà a un model basat en fisiologia ia un sensor automàtic basat en plantes per guiar tant la gestió del reg com la investigació, a l'IRNAS-CSIC.
Els objectius d'AgroPHYS són (i) avaluar la importància relativa i la coordinació dels senyals hidràulics i hormonals en les respostes estomàtiques de les plantes a la sequera i la recuperació, i (ii) aplicar aquest coneixement, mitjançant un model mecanístic i un sensor vegetal, per predir la productivitat relativa al consum d'aigua en espècies de plantes agrícoles amb diferents estratègies.
El grup de recerca sortint està a l'avantguarda de la investigació fisiològica i l'entorn d'aprenentatge brindarà el màxim benefici al candidat i oportunitats excel·lents per interactuar amb investigadors de tot el món. Aquestes habilitats i coneixements es tornaran a transferir a l'IRNAS-CSIC, proporcionant dades essencials no només per a la investigació científica sobre el funcionament de les plantes sinó també per a l'agricultura de precisió i la gestió òptima del reg.
La taxa de creixement de la població mundial supera amb escreix qualsevol augment de la producció agrícola. L'agricultura no pot seguir el ritme i una raó clau és la disponibilitat d‟aigua. Per satisfer la població projectada per al 2050, l'agricultura requerirà un 70% més d'aigua que actualment. No obstant això, aquesta aigua generalment no estarà disponible. Moltes parts del món, inclosa Europa, s'enfronten a una disponibilitat reduïda d'aigua a causa del canvi climàtic. Als països àrids i semiàrids, l'agricultura ja consumeix al voltant del 80% de l'aigua dolça disponible, i consumirà encara més a mesura que el canvi climàtic s'afiance. Per tant, lagricultura ha de ser més eficient. Els europeus hauran de començar a regar els cultius, i de manera precisa.
Tot i això, les pràctiques actuals de maneig del reg són limitades quan es tracta de determinar les quantitats òptimes d'aigua per al cultiu en condicions seques. Seran necessaris nous mètodes de reg. Aconseguir això requerirà una comprensió completa de la resposta fisiològica de les plantes de cultiu a la sequera.
Estrès hídric i resposta a la sequera. El projecte AgroPHYS, finançat amb fons europeus, va investigar aquesta resposta i va utilitzar sensors mecànics per monitoritzar-la en temps real. La investigació es va dur a terme amb el suport del programa Marie Sklodowska-Curie. La clau per estudiar la resposta fisiològica de les plantes a la sequera és el concepte d'estrès hídric. Bàsicament, això vol dir que la planta té set però no pot obtenir prou aigua.
Aleshores la planta no creixerà de manera òptima. "És fonamental comptar amb el millor indicador de l'estrès hídric de les plantes per a una programació precisa del reg", explica la coordinadora del projecte, Celia Rodríguez Domínguez. "Això indicaria quanta aigua cal aplicar per al reg i en quins moments". Millorar el control de l'estrès hídric No obstant això, entendre l'estrès hídric és complicat. Els dispositius de monitoratge estàndard són ambigus, també difícils de relacionar amb respostes fisiològiques específiques.
La majoria dels indicadors actuals són insatisfactoris. Per trobar-ne un de millor, els investigadors d'AgroPHYS van utilitzar una sèrie d'instruments de monitorització de plantes preexistents per determinar els processos fisiològics. Els més importants i innovadors van ser les càmeres i els microscopis especials, utilitzats per monitoritzar la formació de bombolles d'aire dins del sistema vascular de les plàntules d'olivera a mesura que les plantes es deshidraten. A més, l'equip va desenvolupar una nova combinació de tècniques de rehidratació, utilitzades per mesurar el moviment de l'aigua des de l'arrel del terra fins a la fulla.
Els nous coneixements fisiològics a partir d‟aquestes observacions van ser els resultats més significatius del projecte. Altres resultats importants van incloure la demostració que el coneixement de la resistència de les espècies agrícoles a l'estrès hídric és important en un context de canvi climàtic. Tot i això, és poc probable que es produeixin alts nivells d'estrès en els fruiters, que ho eviten tancant els seus estomes. Els investigadors van concloure que el grau en què el tancament dels estomes limita la productivitat depèn de la capacitat subterrània d?una planta per al?absorció d?aigua. "Demostrem que la conductància estomàtica hauria de ser la variable objectiu per monitoritzar l'estrès hídric en arbres fruiters", afegeix Rodríguez Domínguez.
A la pràctica, si els científics poguessin detectar abans l'estrès hídric a les plantes, el cultiu necessitaria menys aigua, cosa que faria que el reg fos més eficient. A més, poder relacionar l'estrès hídric amb la fisiologia de la productivitat permet als investigadors personalitzar les estratègies de reg en funció de les etapes de creixement. Amb els sensors, els petits agricultors podran augmentar el rendiment i la qualitat dels cultius, alhora que estalvien aigua i milloren l'eficiència hídrica.
- AGENCIA ESTATAL CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
Projectes relacionats
